关于可控凸轮机构的探究

林进伟

摘要：科学技术的不断发展，计算机与机械结合一体，使得对凸轮机构的要求也越来越高。可控凸轮机构迅速发展，成为凸轮机构的一个重要组成部分。本文就可控凸轮机构的控制原理进行分析，并对如何实现可控凸轮机构进行了探讨，并阐述了可控凸轮机构发展的重要意义。

关键词：可控凸轮机构；发展；探究；控制原理；

凸轮机构一直以来用于机械中各个领域，尤其是自动控制机械。传统的凸轮机构缺乏柔性，一套凸轮机构与一种从动件运动规律相对应对应，只能通过制造另一套凸轮机构来改变凸轮的类型和尺寸来，进而改变系统的输出运动，带来了困难和不便。近年来，科学技术的不断进步，机械与计算机技术、传真技术、仿真技术、机电技术、材料、医疗器械等等逐渐实现一体化，可控凸轮机构相比原有机械凸轮机，不仅能简化凸轮系统，而且具有柔性。可控凸轮机构是在机械凸轮机构中应用伺服电机或步进电机作为动力源，改善机构的动力学和运动学特性，如减小凸轮机构的最大速度或加速度等动力学特性指标，将多种凸轮运动曲线储存在控制器的内存中，根据不同情况得到所需的运动曲线，如速度等等。

1.可控凸轮机构及其控制原理

1.1.可控凸轮机构的组成

常规的凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副结构，通过凸轮的变化曲线推动从动件输出指定的运动曲线。按照形状可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮；按照动件型式可分为尖底从动件、滚子从动件和平底从动件。可控技术的不断进步和发展，在凸轮机构应用越来越广泛。这里以将伺服电机或者步进电机作为动力源用于凸轮机构当中为例，以实现机构的可控性输出，可以通过计算机进行操控或者人工手动进行多固定位置的控制。

1.2.控制原理

可控凸轮机构根据其驱动类型及驱动方式的不同，可分为可调凸轮机构、变输入转速凸轮机构和电子凸轮机构，本文主要介绍电子凸轮机构的可控原理。其控制系统包括硬件和软件，其中硬件包括计算机、编码器、D/A转换器、执行机构，软件主要是用于计算凸轮轮廓，系统框架如图一所示。可以通过调节软件系统中的参数值，实现凸轮轮廓曲线的选择性输出，避免更换部件。

对于可控凸轮机构运动函数的控制，只要是根据颜鸿森提出的盘形凸轮机

构标准化设想，建立可控凸轮机构，实现对输出曲线的控制，该系统直接由电机操作从动件得到不同的凸轮运动规律曲线。对电机速度进行控制，通过从动件速度函数V（T）和脉冲当量△f相乘，得控制速度的频率方程。2.可控凸轮机构的设计

对于可控凸轮机构的设计主要可以分为两个大方面：凸轮机构的标准化和电子凸轮的设计。凸轮机构的标准化设计是指对于既定的凸轮机构，给出输入运动，通过调节得到对应的输出运动。电子凸轮的设计是指机械凸轮不存在条件下，通过伺服电机或者步进电机输出轮廓曲线，分为建立控制系统和编制控制程序。

可控凸轮机构的设计就是要设计出一整套凸轮机构，使其不仅具有凸轮机构的特征，同时还具有极大的可控性，方便操作者进行编程控制，得到所期的运动曲线，拓宽了应用的灵活性，满足不同情况下的应用要求。对于可控凸轮机构的设计，本文主要以电子凸轮系统为例，其包括设计控制器硬件、编制控制程序和选择执行机构。

控制硬件的设计：选择的单片机要求运行速度快，有定时器或者计数器；有较大的存储量，可以进行扩展；用于输入、输出和停止操作的键盘；显示运动参数的显示器等。

编制程序：包括计算机上的运算程序和单片机控制程序。用高级程序语言编写控制程序，其中单片机控制程序，分为主程序、中断控制输出程序、键盘输入程序和报警程序四部分。控制程序是凸轮机构可控的重要部分，因此要在这方面不断的完善，程序编制完后要进行试运行，出现问题及时进行更正。

选择执行结构：主要是选择电机型号，由不同从动件的驱动负载和转速确定。主要步骤：电机轴转动惯量的折算；电机驱动力矩T的计算；由驱动力矩T乘以安全系数k（1≤k≤2），从而确定要选用电机的力矩；依据步进电机的矩频特性曲线，参考电子凸轮负载规定的最高转速刀，选出作为电子凸轮执行机构所需要的步进电机。

3.可控凸轮机构的发展及重要意义

在我国可控凸轮结构的发展还要落后于发达国家，主要是由于控制技术的落后，计算机软件、机械设备、科学技术等方面不如发达国家。有些可控技术目前还只是在实验阶段，还没有运用到现实的机械设备当中。但是近些年，我国加大了对可控凸轮机构发展的力度，促使可控机构与其他科学的不断交叉，逐步实现了一体化。可控凸轮机构以柔性输出为主，能够满足现代工业机械的多样化，促进社会科学技术的不断发展。不仅有机械凸轮结构的优点，还有可控输出的特点，操作简单，可通过操作程序来完成控制，克服了凸轮轮廓加工困难、输出缺乏柔性的缺陷。因此对于可控凸轮结构的研究有很重要的现实意义，

4.结语

可控凸轮技术显示出了诸多优点，数控技术不断与凸轮机构结合，可控也将越来越普及，凸轮技术必将向可控方向发展。

参考文献：

[1]周洪.可控机构的设计理论及其应用研究[D].上海：上海交通大学，2000.