關于可控凸輪機構的探究

林進偉

摘要：科學技術的不斷發展，計算機與機械結合一體，使得對凸輪機構的要求也越來越高?？煽赝馆啓C構迅速發展，成為凸輪機構的一個重要組成部分。本文就可控凸輪機構的控制原理進行分析，并對如何實現可控凸輪機構進行了探討，并闡述了可控凸輪機構發展的重要意義。

關鍵詞：可控凸輪機構；發展；探究；控制原理；

凸輪機構一直以來用于機械中各個領域，尤其是自動控制機械。傳統的凸輪機構缺乏柔性，一套凸輪機構與一種從動件運動規律相對應對應，只能通過制造另一套凸輪機構來改變凸輪的類型和尺寸來，進而改變系統的輸出運動，帶來了困難和不便。近年來，科學技術的不斷進步，機械與計算機技術、傳真技術、仿真技術、機電技術、材料、醫療器械等等逐漸實現一體化，可控凸輪機構相比原有機械凸輪機，不僅能簡化凸輪系統，而且具有柔性?？煽赝馆啓C構是在機械凸輪機構中應用伺服電機或步進電機作為動力源，改善機構的動力學和運動學特性，如減小凸輪機構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存中，根據不同情況得到所需的運動曲線，如速度等等。

1.可控凸輪機構及其控制原理

1.1.可控凸輪機構的組成

常規的凸輪機構是由凸輪、從動件和機架三個基本構件組成的高副結構，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?？煽丶夹g的不斷進步和發展，在凸輪機構應用越來越廣泛。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當中為例，以實現機構的可控性輸出，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

可控凸輪機構根據其驅動類型及驅動方式的不同，可分為可調凸輪機構、變輸入轉速凸輪機構和電子凸輪機構，本文主要介紹電子凸輪機構的可控原理。其控制系統包括硬件和軟件，其中硬件包括計算機、編碼器、D/A轉換器、執行機構，軟件主要是用于計算凸輪輪廓，系統框架如圖一所示?？梢酝ㄟ^調節軟件系統中的參數值，實現凸輪輪廓曲線的選擇性輸出，避免更換部件。

對于可控凸輪機構運動函數的控制，只要是根據顏鴻森提出的盤形凸輪機

構標準化設想，建立可控凸輪機構，實現對輸出曲線的控制，該系統直接由電機操作從動件得到不同的凸輪運動規律曲線。對電機速度進行控制，通過從動件速度函數V（T）和脈沖當量△f相乘，得控制速度的頻率方程。2.可控凸輪機構的設計

對于可控凸輪機構的設計主要可以分為兩個大方面：凸輪機構的標準化和電子凸輪的設計。凸輪機構的標準化設計是指對于既定的凸輪機構，給出輸入運動，通過調節得到對應的輸出運動。電子凸輪的設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，分為建立控制系統和編制控制程序。

可控凸輪機構的設計就是要設計出一整套凸輪機構，使其不僅具有凸輪機構的特征，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，拓寬了應用的靈活性，滿足不同情況下的應用要求。對于可控凸輪機構的設計，本文主要以電子凸輪系統為例，其包括設計控制器硬件、編制控制程序和選擇執行機構。

控制硬件的設計：選擇的單片機要求運行速度快，有定時器或者計數器；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，出現問題及時進行更正。

選擇執行結構：主要是選擇電機型號，由不同從動件的驅動負載和轉速確定。主要步驟：電機軸轉動慣量的折算；電機驅動力矩T的計算；由驅動力矩T乘以安全系數k（1≤k≤2），從而確定要選用電機的力矩；依據步進電機的矩頻特性曲線，參考電子凸輪負載規定的最高轉速刀，選出作為電子凸輪執行機構所需要的步進電機。

3.可控凸輪機構的發展及重要意義

在我國可控凸輪結構的發展還要落后于發達國家，主要是由于控制技術的落后，計算機軟件、機械設備、科學技術等方面不如發達國家。有些可控技術目前還只是在實驗階段，還沒有運用到現實的機械設備當中。但是近些年，我國加大了對可控凸輪機構發展的力度，促使可控機構與其他科學的不斷交叉，逐步實現了一體化?？煽赝馆啓C構以柔性輸出為主，能夠滿足現代工業機械的多樣化，促進社會科學技術的不斷發展。不僅有機械凸輪結構的優點，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構的研究有很重要的現實意義，

4.結語

可控凸輪技術顯示出了諸多優點，數控技術不斷與凸輪機構結合，可控也將越來越普及，凸輪技術必將向可控方向發展。

參考文獻：

[1]周洪.可控機構的設計理論及其應用研究[D].上海：上海交通大學，2000.