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關(guān)于可控凸輪機構(gòu)的探究

  
評論: 更新日期:2015年04月20日

  科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,計算機與機械結(jié)合一體,使得對凸輪機構(gòu)的要求也越來越高??煽赝馆啓C構(gòu)迅速發(fā)展,成為凸輪機構(gòu)的一個重要組成部分。本文就可控凸輪機構(gòu)的控制原理進行分析,并對如何實現(xiàn)可控凸輪機構(gòu)進行了探討,并闡述了可控凸輪機構(gòu)發(fā)展的重要意義。
    凸輪機構(gòu)一直以來用于機械中各個領(lǐng)域,尤其是自動控制機械。傳統(tǒng)的凸輪機構(gòu)缺乏柔性,一套凸輪機構(gòu)與一種從動件運動規(guī)律相對應(yīng)對應(yīng),只能通過制造另一套凸輪機構(gòu)來改變凸輪的類型和尺寸來,進而改變系統(tǒng)的輸出運動,帶來了困難和不便。近年來,科學(xué)技術(shù)的不斷進步,機械與計算機技術(shù)、傳真技術(shù)、仿真技術(shù)、機電技術(shù)、材料、醫(yī)療器械等等逐漸實現(xiàn)一體化,可控凸輪機構(gòu)相比原有機械凸輪機,不僅能簡化凸輪系統(tǒng),而且具有柔性。可控凸輪機構(gòu)是在機械凸輪機構(gòu)中應(yīng)用伺服電機或步進電機作為動力源,改善機構(gòu)的動力學(xué)和運動學(xué)特性,如減小凸輪機構(gòu)的最大速度或加速度等動力學(xué)特性指標(biāo),將多種凸輪運動曲線儲存在控制器的內(nèi)存中,根據(jù)不同情況得到所需的運動曲線,如速度等等。
    可控凸輪機構(gòu)及其控制原理
    1.1.可控凸輪機構(gòu)的組成
    常規(guī)的凸輪機構(gòu)是由凸輪、從動件和機架三個基本構(gòu)件組成的高副結(jié)構(gòu),通過凸輪的變化曲線推動從動件輸出指定的運動曲線。按照形狀可分為盤形凸輪、移動凸輪和圓柱凸輪;按照動件型式可分為尖底從動件、滾子從動件和平底從動件。可控技術(shù)的不斷進步和發(fā)展,在凸輪機構(gòu)應(yīng)用越來越廣泛。這里以將伺服電機或者步進電機作為動力源用于凸輪機構(gòu)當(dāng)中為例,以實現(xiàn)機構(gòu)的可控性輸出,可以通過計算機進行操控或者人工手動進行多固定位置的控制。
    1.2.控制原理
    可控凸輪機構(gòu)根據(jù)其驅(qū)動類型及驅(qū)動方式的不同,可分為可調(diào)凸輪機構(gòu)、變輸入轉(zhuǎn)速凸輪機構(gòu)和電子凸輪機構(gòu),本文主要介紹電子凸輪機構(gòu)的可控原理。其控制系統(tǒng)包括硬件和軟件,其中硬件包括計算機、編碼器、D/A轉(zhuǎn)換器、執(zhí)行機構(gòu),軟件主要是用于計算凸輪輪廓,系統(tǒng)框架如圖一所示。可以通過調(diào)節(jié)軟件系統(tǒng)中的參數(shù)值,實現(xiàn)凸輪輪廓曲線的選擇性輸出,避免更換部件。
    對于可控凸輪機構(gòu)運動函數(shù)的控制,只要是根據(jù)顏鴻森提出的盤形凸輪機
    構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)想,建立可控凸輪機構(gòu),實現(xiàn)對輸出曲線的控制,該系統(tǒng)直接由電機操作從動件得到不同的凸輪運動規(guī)律曲線。
    可控凸輪機構(gòu)的的運動控制重點是通過單片機控制電機,實現(xiàn)公式1所確定的運動規(guī)律。
    可控凸輪機構(gòu)的設(shè)計
    對于可控凸輪機構(gòu)的設(shè)計主要可以分為兩個大方面:凸輪機構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和電子凸輪的設(shè)計。凸輪機構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計是指對于既定的凸輪機構(gòu),給出輸入運動,通過調(diào)節(jié)得到對應(yīng)的輸出運動。電子凸輪的設(shè)計是指機械凸輪不存在條件下,通過伺服電機或者步進電機輸出輪廓曲線,分為建立控制系統(tǒng)和編制控制程序。
    可控凸輪機構(gòu)的設(shè)計就是要設(shè)計出一整套凸輪機構(gòu),使其不僅具有凸輪機構(gòu)的特征,同時還具有極大的可控性,方便操作者進行編程控制,得到所期的運動曲線,拓寬了應(yīng)用的靈活性,滿足不同情況下的應(yīng)用要求。對于可控凸輪機構(gòu)的設(shè)計,本文主要以電子凸輪系統(tǒng)為例,其包括設(shè)計控制器硬件、編制控制程序和選擇執(zhí)行機構(gòu)。
    控制硬件的設(shè)計:選擇的單片機要求運行速度快,有定時器或者計數(shù)器;有較大的存儲量,可以進行擴展;用于輸入、輸出和停止操作的鍵盤;顯示運動參數(shù)的顯示器等。
    編制程序:包括計算機上的運算程序和單片機控制程序。用高級程序語言編寫控制程序,其中單片機控制程序,分為主程序、中斷控制輸出程序、鍵盤輸入程序和報警程序四部分??刂瞥绦蚴峭馆啓C構(gòu)可控的重要部分,因此要在這方面不斷的完善,程序編制完后要進行試運行,出現(xiàn)問題及時進行更正。
    選擇執(zhí)行結(jié)構(gòu):主要是選擇電機型號,由不同從動件的驅(qū)動負(fù)載和轉(zhuǎn)速確定。主要步驟:電機軸轉(zhuǎn)動慣量的折算;電機驅(qū)動力矩T的計算;由驅(qū)動力矩T乘以安全系數(shù)k(1≤k≤2),從而確定要選用電機的力矩;依據(jù)步進電機的矩頻特性曲線,參考電子凸輪負(fù)載規(guī)定的最高轉(zhuǎn)速刀,選出作為電子凸輪執(zhí)行機構(gòu)所需要的步進電機。
    可控凸輪機構(gòu)的發(fā)展及重要意義
    在我國可控凸輪結(jié)構(gòu)的發(fā)展還要落后于發(fā)達(dá)國家,主要是由于控制技術(shù)的落后,計算機軟件、機械設(shè)備、科學(xué)技術(shù)等方面不如發(fā)達(dá)國家。有些可控技術(shù)目前還只是在實驗階段,還沒有運用到現(xiàn)實的機械設(shè)備當(dāng)中。但是近些年,我國加大了對可控凸輪機構(gòu)發(fā)展的力度,促使可控機構(gòu)與其他科學(xué)的不斷交叉,逐步實現(xiàn)了一體化??煽赝馆啓C構(gòu)以柔性輸出為主,能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)機械的多樣化,促進社會科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展。不僅有機械凸輪結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,還有可控輸出的特點,操作簡單,可通過操作程序來完成控制,克服了凸輪輪廓加工困難、輸出缺乏柔性的缺陷。因此對于可控凸輪結(jié)構(gòu)的研究有很重要的現(xiàn)實意義。

     可控凸輪技術(shù)顯示出了諸多優(yōu)點,數(shù)控技術(shù)不斷與凸輪機構(gòu)結(jié)合,可控也將越來越普及,凸輪技術(shù)必將向可控方向發(fā)展。
 

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