电子凸轮介绍

电子凸轮原理及应用一、简介电子凸轮属于多轴同步运动(Multi-,SynchronizedMotion)，这种运动是基于主轴(MasterorLeadingaxis)和一个或者多个从轴(Slaveorfollowingaxis)系统。主轴可以是物理轴，也可以是虚拟轴（一种算法，没有实际的输出）。电子凸轮是在机械凸轮的基础上发展起来的,传统机械凸轮是通过凸轮实现非线性的加工轨迹。传统的机械凸轮形状有：1、盘形凸轮：它是凸轮的基本形式。这种凸轮是一个绕固定轴线转动并具有变化矢径的盘形构件。如下图：2、移动凸轮：当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对于机架做往复移动，这种凸轮成为移动凸轮。图下图：3、圆柱凸轮：这种凸轮可认为是将移动凸轮卷成圆柱体而演化成的。如下图：而电子凸轮是直接将轨迹点输入到驱动器内，通过设定的计算方式进行伺服控制，达到和机械凸轮相同的加工目的，实现一种周期性的往复运动。电子凸轮相对机械凸轮的优势在于：1、电子凸轮灵活、轨迹易于改动。方便根据需求更改加工轨迹，而不需要繁琐的更改机械凸轮。2、当要改变凸轮的运动轨迹时，加工机械凸轮的成本较高，难度较大。而电子凸轮只需简单的设定一些轨迹参数即可，不需产生新的成本。3、机械凸轮会磨损，通常是机床噪音的最大来源。而用电子凸轮可减轻运行阻力及噪音，减轻机身重量，提高效率。同时，同样在电气角度来对比，电子凸轮实现的追随功能，比一般的分开独立控制从轴追随主轴的的运动，也具有更高的效率和稳定性。二、电子凸轮的实现方式：电子凸轮的实现方式分为三步：1.设定主轴和从轴；2.设定电子凸轮曲线；3.实现电子凸轮运动。在功能运用方面，电子凸轮可以是选择周期性运行或是单次运行（以周期性的为多见）；主轴以及从轴的位置可以是相对型或是绝对型。这需要伺服或电子凸轮控制器的功能支持。三、电子凸轮曲线的设计从启动位置和终点位置是否一致可以将电子凸轮曲线分为闭式曲线和开式曲线，如下图（绝大多数的凸轮运行轨迹都是闭式曲线）：四、电子凸轮的行业应用如上面所介绍，电子凸轮大多用于周期性的曲线运动的场合，比如像上面图片中的需要不停的做往复运动的场合和一些不适宜安装机械凸轮的设备，就可以使用电子凸轮。（从查找的资料来看，电子凸轮可以应用在诸如汽车制造、冶金、机械加工、纺织、印刷、食品包装、水利水电等各个领域。也可用在如弹簧机，木工机械，自动涂装等生产线上。）用电子凸轮来代替笨重的机械凸轮的基本方法是：将马达轴上的机械凸轮换成编码器做位置反馈，将电子凸轮的信号送到控制器或从轴的伺服，即可实现原来的机械凸轮的全部功能。公司也遇到过一下例子：1、比如在6月份公司做的绑线机项目改造方面，就是用了电子凸轮功能：主轴控制钩针的伸缩，从轴控制钩针的旋转角度的动作。用PLC控制主轴（带动钩针）连续做周期性的伸缩运转，主轴伺服的编码器信号做位置反馈，利用电子凸轮功能控制从轴，实现钩针在做伸缩动作的同时，按照设定轨迹摆动钩针的角度，从而实现钩线和绑线的动作。改造的效果稳定，效率也得到提高。2、上次公司的一个客户，是一台对铝膜进行冲孔的设备。其主轴控制冲孔模具连续的做上下往返冲孔运动，从轴控制水平方向的对铝膜的牵引运动。同样可以运用电子凸轮功能来实现主轴与从轴的配合。客户原来用的是一种独立分开的控制方式，即主轴按照设定的速度连续转动，从轴一开始是出于停止状态，当控制器接收到主轴的位置信号后，才开始启动从轴牵引铝膜，牵引到位后从轴停止并等待主轴的下一个到位信号。这样的控制就要求从轴的运行周期必须要短于主轴的运行周期，也就是说相对来讲，在一个周期内，从轴的速度要快些。而这就造成了客户当时一时难以解决的问题：从轴在牵引铝膜时由于速度偏快，在牵引铝膜时对铝膜的作用力较大，会把铝膜孔拉变形。3、在印刷行业，电子凸轮也可以实现送纸和传动之间的同步。比如将旋转编码器安装在传动马达轴上，编码器将马达的位置和速度信息反馈给电子凸轮，电子凸轮输出传动马达的速度和凸轮信号给送纸马达驱动器，从而实现送纸和传动之间的的同步。4、像飞剪控制很多用的野是电子凸轮功能。上面所讲的应用都是一种追随性的凸轮控制方式，即各个轴分别以主轴的位置信号为参考目标去追随，从轴之间独立运行。另外还有一种同步方式的电子凸轮，所谓同步电子凸轮，指的是两个或多个轴之间去追随某一个轴，同时两个或多个轴之间要相互参考位置，以插补的方式并进。这对控制器或伺服等的性能要求就更高了。在应用方面比如像大型龙门机床的双丝杆推动的平台，一个工作台用两条丝杆来推动，这就对两条丝杆之间有比较高的同步要求了，否则若出现两个丝杆之间的偏差达到一定值时，在将出现平台卡死甚至算坏丝杆的情况。电子凸轮用能运用的存在的一个问题：一种轨迹设定好之后，只能实现主轴往一个方向转时，从轴做同步跟随。主轴往另一个方向转时，从轴无法实现跟随。这个问题一般只会影响到手动调节的功能。补充：电子凸轮与电子齿轮的区别电子齿轮指的就是一种可以调节主从速度比的同步应用。这两者之间有相似的地方，也有很大的差别，电子同步(齿轮)是当主从之间的速比固定的情况下，保持严格的速度关系，状态只有同步、脱离、追赶、自由运行、补偿这么几个状态。而电子凸轮一般会有初试化阶段、主曲线阶段(主从机按照曲线运动关系)、退出阶段，而且无论主轴是实际存在的还是虚拟存在的，如果你让一个刀具重复执行一个复杂的运动，靠电子同步绝大多数情况下是无法实现的，只有依靠电子凸轮来完成。