凸輪曲線應用-(3)三角形

本文介紹第三種常見的 凸輪曲線型式 – “三角形“!表示當主軸在等速運轉的狀態下,從軸的速度呈現三角形的輪廓,也就是由靜止加速,到達最高速度,就開始 減速停止!沒有等速區(如下圖所示),常見於 不需要與 主軸速度 同步 但必須頻繁地 啟動與停止 的場合,例如:橫切機 馬達定子繞線機

三角形凸輪曲線說明

(三角形 的 凸輪曲線)

三角形曲線 的組成

上圖中 速度曲線藍色)為三角形,由左而右為 加速區 => 減速區,說明如下:

    1. 加速區  速度由零 加速到 最高速 的區域,所佔的角度愈大,馬達出力愈輕鬆,電流愈小.
    2. 減速區  由最高速度 減速到零 的區域,特性同 加速區,通常會設計成 “對稱的三角形“,也就是 加/減速區 同寬,但有時馬達受外力作用,加減速區實際電流不一定相同,需要調整 加/減速區的 比例,讓 加減速的電流峰值相同,以取得平衡.另外,若減速區太窄,容易讓回升能量太大,可能造成 驅動器回升錯誤!
    3. S型曲線 圖中速度轉折處有少許弧線是S型曲線的平滑效果,用來讓加速度變化緩和!但只能適量使用,因為在同樣的凸輪週期中,愈大的S曲線會使隨後的加速度有更高的峰值,也會讓電流更高!
    4. 位置曲線紅色) 凸輪運轉一周的 位移量 H,就是 速度曲線 下方的面積總和.

為何要使用 三角形凸輪曲線

三角形與梯形凸輪曲線比較

如左圖:比較 三角形梯形 速度曲線 相同的運作時間(橫軸長度)與 相同的 定位距離(曲線下方的面積)時,可以發現,三角形在加減速時的斜率比較小,不像梯形那麼陡!因此,三角形速度曲線 的 加速度 最緩和,馬達的電流最小!所以在需要 “頻繁地 啟動/停止” 的工作場合,採用三角形曲線,可以讓馬達較不容易 發生過載,機械的生產速度也可以 獲得提升!雖然 三角形曲線 的 最高速度較高,但對於 行走距離不長的情況,通常伺服馬達 很難超過 最高轉速,不太需要擔心!

三角形凸輪曲線 的常見應用:

  • 橫切機:(影片連結 优酷)切刀為主軸;伺服(凸輪)為從軸 用來輸送紙張,必須在主軸特定的角度範圍,才能送紙,其餘的角度,切刀已閉合,伺服必須停止送紙!因此屬於 頻繁啟動/停止 的應用,適用 三角形凸輪曲線.橫切機的機構通常不輕,要求生產速度高(與送紙長度有關),切紙要 對標記凸輪對位),精度有要求,對伺服性能 與 運動控制 都有一定的考驗!
  • 糖果扭結包裝:(影片1影片2)動作與橫切機一樣,都是 切刀為主軸;伺服為 凸輪從軸 用來送紙,只是紙張 小得多!因此速度也較快,筆者遇過的案子 可以到 350 包/min,視機械震動而定,伺服的負荷並不算高,高速時的標記對位精度 必須要能保證!
  • 馬達定子繞線機:(影片1影片2)凸輪主軸 可採用控制器虛擬軸,從軸有:上下軸/水平軸/排線進給軸,每繞線一匝,上下軸往返一次,水平軸來回一次,排線移動一線徑.以 水平軸 而言,繞線針頭 必須離開定子槽,才能開始移動,否則會撞壞針頭,有固定的 工作角度 與 停止角度!也適用三角形曲線.繞線速度可到 600 匝/min 左右,對馬達性能的要求很高!

參考:ASDA-Soft 凸輪造表 => 三角形凸輪曲線應用-(1)直線(2)梯形凸輪對位


[註] 連結的影片 僅做為功能說明使用,並非意旨為任何廠商之產品所做成之案例!



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