科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)與機(jī)械結(jié)合一體，使得對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的要求也越來(lái)越高。可控凸輪機(jī)構(gòu)迅速發(fā)展，成為凸輪機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分。本文就可控凸輪機(jī)構(gòu)的控制原理進(jìn)行分析，并對(duì)如何實(shí)現(xiàn)可控凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了探討，并闡述了可控凸輪機(jī)構(gòu)發(fā)展的重要意義。
凸輪機(jī)構(gòu)一直以來(lái)用于機(jī)械中各個(gè)領(lǐng)域，尤其是自動(dòng)控制機(jī)械。傳統(tǒng)的凸輪機(jī)構(gòu)缺乏柔性，一套凸輪機(jī)構(gòu)與一種從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)，只能通過(guò)制造另一套凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)改變凸輪的類型和尺寸來(lái)，進(jìn)而改變系統(tǒng)的輸出運(yùn)動(dòng)，帶來(lái)了困難和不便。近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械與計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳真技術(shù)、仿真技術(shù)、機(jī)電技術(shù)、材料、醫(yī)療器械等等逐漸實(shí)現(xiàn)一體化，可控凸輪機(jī)構(gòu)相比原有機(jī)械凸輪機(jī)，不僅能簡(jiǎn)化凸輪系統(tǒng)，而且具有柔性?？煽赝馆啓C(jī)構(gòu)是在機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)中應(yīng)用伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源，改善機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，如減小凸輪機(jī)構(gòu)的最大速度或加速度等動(dòng)力學(xué)特性指標(biāo)，將多種凸輪運(yùn)動(dòng)曲線儲(chǔ)存在控制器的內(nèi)存中，根據(jù)不同情況得到所需的運(yùn)動(dòng)曲線，如速度等等。
可控凸輪機(jī)構(gòu)及其控制原理
1.1.可控凸輪機(jī)構(gòu)的組成
常規(guī)的凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成的高副結(jié)構(gòu)，通過(guò)凸輪的變化曲線推動(dòng)從動(dòng)件輸出指定的運(yùn)動(dòng)曲線。按照形狀可分為盤形凸輪、移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪；按照動(dòng)件型式可分為尖底從動(dòng)件、滾子從動(dòng)件和平底從動(dòng)件?？煽丶夹g(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，在凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。這里以將伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源用于凸輪機(jī)構(gòu)當(dāng)中為例，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的可控性輸出，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操控或者人工手動(dòng)進(jìn)行多固定位置的控制。
1.2.控制原理
可控凸輪機(jī)構(gòu)根據(jù)其驅(qū)動(dòng)類型及驅(qū)動(dòng)方式的不同,可分為可調(diào)凸輪機(jī)構(gòu)、變輸入轉(zhuǎn)速凸輪機(jī)構(gòu)和電子凸輪機(jī)構(gòu)，本文主要介紹電子凸輪機(jī)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(jì)算機(jī)、編碼器、D/A轉(zhuǎn)換器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，軟件主要是用于計(jì)算凸輪輪廓，系統(tǒng)框架如圖一所示?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)軟件系統(tǒng)中的參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)凸輪輪廓曲線的選擇性輸出，避免更換部件。
對(duì)于可控凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)函數(shù)的控制，只要是根據(jù)顏鴻森提出的盤形凸輪機(jī)
構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)想，建立可控凸輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出曲線的控制，該系統(tǒng)直接由電機(jī)操作從動(dòng)件得到不同的凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線。
可控凸輪機(jī)構(gòu)的的運(yùn)動(dòng)控制重點(diǎn)是通過(guò)單片機(jī)控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)公式1所確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
可控凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
對(duì)于可控凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要可以分為兩個(gè)大方面：凸輪機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化和電子凸輪的設(shè)計(jì)。凸輪機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是指對(duì)于既定的凸輪機(jī)構(gòu)，給出輸入運(yùn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)得到對(duì)應(yīng)的輸出運(yùn)動(dòng)。電子凸輪的設(shè)計(jì)是指機(jī)械凸輪不存在條件下，通過(guò)伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是要設(shè)計(jì)出一整套凸輪機(jī)構(gòu)，使其不僅具有凸輪機(jī)構(gòu)的特征，同時(shí)還具有極大的可控性，方便操作者進(jìn)行編程控制，得到所期的運(yùn)動(dòng)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(duì)于可控凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，本文主要以電子凸輪系統(tǒng)為例，其包括設(shè)計(jì)控制器硬件、編制控制程序和選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
控制硬件的設(shè)計(jì)：選擇的單片機(jī)要求運(yùn)行速度快，有定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器；有較大的存儲(chǔ)量，可以進(jìn)行擴(kuò)展；用于輸入、輸出和停止操作的鍵盤；顯示運(yùn)動(dòng)參數(shù)的顯示器等。
編制程序：包括計(jì)算機(jī)上的運(yùn)算程序和單片機(jī)控制程序。用高級(jí)程序語(yǔ)言編寫控制程序，其中單片機(jī)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(bào)警程序四部分。控制程序是凸輪機(jī)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(jìn)行試運(yùn)行，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行更正。
選擇執(zhí)行結(jié)構(gòu)：主要是選擇電機(jī)型號(hào)，由不同從動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)負(fù)載和轉(zhuǎn)速確定。主要步驟：電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算；電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩T的計(jì)算；由驅(qū)動(dòng)力矩T乘以安全系數(shù)k(1≤k≤2),從而確定要選用電機(jī)的力矩；依據(jù)步進(jìn)電機(jī)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(jī)構(gòu)所需要的步進(jìn)電機(jī)。
可控凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展及重要意義
在我國(guó)可控凸輪結(jié)構(gòu)的發(fā)展還要落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，主要是由于控制技術(shù)的落后，計(jì)算機(jī)軟件、機(jī)械設(shè)備、科學(xué)技術(shù)等方面不如發(fā)達(dá)國(guó)家。有些可控技術(shù)目前還只是在實(shí)驗(yàn)階段，還沒(méi)有運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)的機(jī)械設(shè)備當(dāng)中。但是近些年，我國(guó)加大了對(duì)可控凸輪機(jī)構(gòu)發(fā)展的力度，促使可控機(jī)構(gòu)與其他科學(xué)的不斷交叉，逐步實(shí)現(xiàn)了一體化?？煽赝馆啓C(jī)構(gòu)以柔性輸出為主，能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械的多樣化，促進(jìn)社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展。不僅有機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，還有可控輸出的特點(diǎn)，操作簡(jiǎn)單，可通過(guò)操作程序來(lái)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(duì)于可控凸輪結(jié)構(gòu)的研究有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。
可控凸輪技術(shù)顯示出了諸多優(yōu)點(diǎn)，數(shù)控技術(shù)不斷與凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)合，可控也將越來(lái)越普及，凸輪技術(shù)必將向可控方向發(fā)展。
