凸轮曲线应用-(3)三角形

本文介绍第三种常见的 凸轮曲线型式 – “三角形“!表示当主轴在等速运转的状态下,从轴的速度呈现三角形的轮廓,也就是由静止加速,到达最高速度,就开始 减速停止!没有等速区(如下图所示),常见于 不需要与 主轴速度 同步 但必须频繁地 启动与停止 的场合,例如:横切机 马达定子绕线机

三角形凸轮曲线说明

(三角形 的 凸轮曲线)

三角形曲线 的组成

上图中 速度曲线蓝色)为三角形,由左而右为 加速区 => 减速区,说明如下:

    1. 加速区  速度由零 加速到 最高速 的区域,所佔的角度愈大,马达出力愈轻鬆,电流愈小.
    2. 减速区  由最高速度 减速到零 的区域,特性同 加速区,通常会设计成 “对称的三角形“,也就是 加/减速区 同宽,但有时马达受外力作用,加减速区实际电流不一定相同,需要调整 加/减速区的 比例,让 加减速的电流峰值相同,以取得平衡.另外,若减速区太窄,容易让回升能量太大,可能造成 驱动器回升错误!
    3. S型曲线 图中速度转折处有少许弧线是S型曲线的平滑效果,用来让加速度变化缓和!但只能适量使用,因为在同样的凸轮週期中,愈大的S曲线会使随后的加速度有更高的峰值,也会让电流更高!
    4. 位置曲线红色) 凸轮运转一周的 位移量 H,就是 速度曲线 下方的面积总和.

为何要使用 三角形凸轮曲线

三角形与梯形凸轮曲线比较

如左图:比较 三角形梯形 速度曲线 相同的运作时间(横轴长度)与 相同的 定位距离(曲线下方的面积)时,可以发现,三角形在加减速时的斜率比较小,不像梯形那麽陡!因此,三角形速度曲线 的 加速度 最缓和,马达的电流最小!所以在需要 “频繁地 启动/停止” 的工作场合,採用三角形曲线,可以让马达较不容易 发生过载,机械的生产速度也可以 获得提升!虽然 三角形曲线 的 最高速度较高,但对于 行走距离不长的情况,通常伺服马达 很难超过 最高转速,不太需要担心!

三角形凸轮曲线 的常见应用:

  • 横切机:(影片连结 优酷)切刀为主轴;伺服(凸轮)为从轴 用来输送纸张,必须在主轴特定的角度范围,才能送纸,其馀的角度,切刀已闭合,伺服必须停止送纸!因此属于 频繁启动/停止 的应用,适用 三角形凸轮曲线.横切机的机构通常不轻,要求生产速度高(与送纸长度有关),切纸要 对标记凸轮对位),精度有要求,对伺服性能 与 运动控制 都有一定的考验!
  • 糖果扭结包装:(影片1影片2)动作与横切机一样,都是 切刀为主轴;伺服为 凸轮从轴 用来送纸,只是纸张 小得多!因此速度也较快,笔者遇过的案子 可以到 350 包/min,视机械震动而定,伺服的负荷并不算高,高速时的标记对位精度 必须要能保证!
  • 马达定子绕线机:(影片1影片2)凸轮主轴 可採用控制器虚拟轴,从轴有:上下轴/水平轴/排线进给轴,每绕线一匝,上下轴往返一次,水平轴来回一次,排线移动一线径.以 水平轴 而言,绕线针头 必须离开定子槽,才能开始移动,否则会撞坏针头,有固定的 工作角度 与 停止角度!也适用三角形曲线.绕线速度可到 600 匝/min 左右,对马达性能的要求很高!

参考:ASDA-Soft 凸轮造表 => 三角形凸轮曲线应用-(1)直线(2)梯形凸轮对位


[注] 连结的影片 仅做为功能说明使用,并非意旨为任何厂商之产品所做成之案例!



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