關(guān)于可控凸輪機構(gòu)的探究

林進偉

摘要：科學技術(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。

關(guān)鍵詞：可控凸輪機構(gòu)；發(fā)展；探究；控制原理；

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?？煽赝馆啓C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)的動力學和運動學特性，如減小凸輪機構(gòu)的最大速度或加速度等動力學特性指標，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。

1.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?？梢酝ㄟ^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)標準化設(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。對電機速度進行控制，通過從動件速度函數(shù)V（T）和脈沖當量△f相乘，得控制速度的頻率方程。2.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)的標準化和電子凸輪的設(shè)計。凸輪機構(gòu)的標準化設(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。

3.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、科學技術(shù)等方面不如發(fā)達國家。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，

4.結(jié)語

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。

參考文獻：

[1]周洪.可控機構(gòu)的設(shè)計理論及其應(yīng)用研究[D].上海：上海交通大學，2000.