凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用---討論

老腰

前言
隨著中國世界工廠地位的確立，越來越多的裝備被引進(jìn)來,，也帶進(jìn)來了越來越多的凸輪機(jī)構(gòu),，如包裝機(jī)械、印刷機(jī)械,、自動(dòng)機(jī)械等應(yīng)用大量的凸輪機(jī)構(gòu),，各大公司的機(jī)械研發(fā)部門開發(fā)了很多優(yōu)良的凸輪運(yùn)動(dòng)曲線�,？梢赃@么說,，由于凸輪機(jī)構(gòu)具有獨(dú)特的機(jī)械特性而不斷擴(kuò)散到各個(gè)行業(yè)中。在機(jī)械高度發(fā)展的今天,，很多機(jī)械構(gòu)件越來越模塊化,，您可以隨手拿來就用，但凸輪機(jī)構(gòu)還不能這么做,，您得計(jì)算,、分析再設(shè)計(jì)，這個(gè)彎您是繞不過去的,。
目前我們的現(xiàn)狀
大學(xué)的機(jī)械課程中,，凸輪機(jī)構(gòu)的教學(xué)及研究還停留在過去70、80年代的水平,，遠(yuǎn)不能滿足目前的需要,，而社會(huì)上此方面的書籍資料也是鳳毛麟角，各個(gè)機(jī)械論壇關(guān)于凸輪的貼子也是片言只語,，緯莫如深,。
討論
有感于上述原因，我建議進(jìn)行一次關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的討論,，討論的主要內(nèi)容如下：
一、為什么要用凸輪機(jī)構(gòu)
二,、凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
三,、凸輪機(jī)構(gòu)材料及圖紙表達(dá)
四、凸輪機(jī)構(gòu)的加工
五,、凸輪機(jī)構(gòu)的檢測
請(qǐng)各位大蝦踴躍發(fā)言,，不管對(duì)與錯(cuò)，三個(gè)臭皮匠也頂個(gè)諸葛亮嘛,，謝謝大家的參與,。

[ 本帖最后由 老腰 于 2008-1-9 22:26 編輯 ]

老腰

我先來個(gè)拋磚引玉,，就我的工作經(jīng)驗(yàn)來談一下凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)以及與其他運(yùn)動(dòng)裝置的一些對(duì)比,，說得不對(duì)的地方，請(qǐng)各位大蝦指正,，我在這里先謝謝大家了,。
凸輪機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)高速化，結(jié)構(gòu)緊湊,，可靠性高,；最大的缺點(diǎn)是不可變，不能變更動(dòng)作時(shí)間（角度）,。
一,、關(guān)于凸輪動(dòng)作與氣缸動(dòng)作的比較。
1,、結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性：  凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊,，可靠性高，可以實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化,。在自動(dòng)機(jī)械中,，雖然也可以使用氣動(dòng)裝置，但氣動(dòng)動(dòng)作結(jié)束時(shí)沖擊較大,，當(dāng)改變速度時(shí),，需要對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)生產(chǎn)速度提高較大時(shí),，氣缸裝置顯然無能為力,。而用凸輪機(jī)構(gòu)可以獲得平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度改變時(shí)也可以保持同步,。
氣壓易受壓力系統(tǒng)影響,，當(dāng)同一氣源的其他氣缸急速動(dòng)作時(shí)，氣壓會(huì)下降,，氣缸的動(dòng)作也會(huì)產(chǎn)生變化,，而凸輪始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。
2,、運(yùn)動(dòng)的時(shí)序性：  氣缸的動(dòng)作是一個(gè)接著一個(gè)的,，必須是一個(gè)動(dòng)作完成后才能進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。凸輪的位移（角度）與時(shí)間是確定的,，動(dòng)作是可以疊加的,，一個(gè)動(dòng)作未結(jié)束時(shí)可以開始下一動(dòng)作，因此可以縮短循環(huán)時(shí)間,。
3,、故障率：  設(shè)計(jì)良好的凸輪機(jī)構(gòu)可以使用到設(shè)備的終生，氣缸則無法達(dá)到此要求。
4,、動(dòng)作變化性：  當(dāng)需要變化動(dòng)作的次序與時(shí)間時(shí),，顯然凸輪機(jī)構(gòu)無能為力。凸輪機(jī)構(gòu)一旦設(shè)計(jì)使用,，基本上是不可改變的（除了有些設(shè)計(jì)成可調(diào)角度的凸輪勉強(qiáng)能調(diào)整一點(diǎn)角度外）,，是剛性的。氣動(dòng)則不然,，可以通過PLC進(jìn)行調(diào)整,，是柔性的。
5,、能耗  毫無疑問,，凸輪的能耗要比氣缸裝置少，從能量的轉(zhuǎn)換來說,，氣缸的能量是空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)換過來的,，存在著轉(zhuǎn)換損失和管道的嚴(yán)重泄露。此方面的介紹請(qǐng)看附件《壓縮機(jī)能耗》,，此資料來自本社區(qū)淅開線網(wǎng)友,，在此因未征求淅開線社友同意而擅用他的資料表示道歉，以下鏈接可到他的博客查詢,。http://giwivy.com.cn/?uid-27869
二,、關(guān)于凸輪動(dòng)作與伺服控制系統(tǒng)的比較
不容置疑，伺服控制由于有強(qiáng)大的適應(yīng)性與靈活性在當(dāng)今占據(jù)著越來越重要的地位,。
伺服控制可以摸擬運(yùn)動(dòng)曲線而獲得很好的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力特性,，很多優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)曲線也是應(yīng)伺服需要而開發(fā)的。與凸輪機(jī)構(gòu)比較,，主要差異是可變性與不變性,。前面說到，伺服具有強(qiáng)大的適應(yīng)性與可變性,，而凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)作行程,、同步和運(yùn)動(dòng)特性是不變的，無論負(fù)荷發(fā)生了多少的變化,，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不會(huì)發(fā)生變化的。伺服機(jī)構(gòu)通過伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制,，使用同一運(yùn)動(dòng)曲線的凸輪機(jī)構(gòu)與伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力效果,。比較遺憾地說，在此方面凸輪機(jī)構(gòu)還略勝一籌,。
此方面的比較請(qǐng)看附件MPG格式文件,，《與伺服系統(tǒng)對(duì)比（左伺服右凸輪）》，需要說明的是兩個(gè)機(jī)構(gòu)都使用了改變正弦(MS)運(yùn)動(dòng)曲線。

XMLYH

盤形凸輪,，圓柱凸輪和移動(dòng)凸輪，在設(shè)計(jì)使用中,，各有優(yōu)缺點(diǎn),。使用用途一般是兩個(gè)方面，一個(gè)是鎖緊作用,，一個(gè)是起到定位導(dǎo)向作用,。在定位鎖緊這方面，它明顯的特點(diǎn)是剛性大,，是優(yōu)點(diǎn)也是缺點(diǎn),，容易對(duì)產(chǎn)品造成外表硬傷，另外它也怕震動(dòng),，會(huì)造成鎖緊松動(dòng)�,，F(xiàn)在有用氣動(dòng)或液壓機(jī)構(gòu)來代替它的。至于凸輪的另一個(gè)作用－定位導(dǎo)向作用,，這個(gè)可以說是凸輪最實(shí)用的價(jià)值,，一般還找不到更合適更簡單的機(jī)構(gòu)來代替它。當(dāng)然它的導(dǎo)向軌跡是它的硬傷,，一般只限制在一個(gè)平面內(nèi)的曲線或往復(fù)線段,，或者限制在一個(gè)圓柱面內(nèi)的起伏曲線.

老腰

原帖由 XMLYH 于 2008-1-10 07:26 發(fā)表
盤形凸輪，圓柱凸輪和移動(dòng)凸輪,，在設(shè)計(jì)使用中,，各有優(yōu)缺點(diǎn)。使用用途一般是兩個(gè)方面,，一個(gè)是鎖緊作用,，一個(gè)是起到定位導(dǎo)向作用。在定位鎖緊這方面,，它明顯的特點(diǎn)是剛性大,，是優(yōu)點(diǎn)也是缺點(diǎn)，容易對(duì)產(chǎn)品造成外表硬傷,， ...

2樓的Yours大俠,，請(qǐng)具體談?wù)勍馆喌逆i緊作用與定位導(dǎo)向作用。謝謝,！

湘里狼

支持老腰大俠的建議,，歐美及日本等發(fā)達(dá)國家，在機(jī)器上大量的采用了凸輪機(jī)構(gòu),，穩(wěn)定性非常高,。希望各位熟悉凸輪的大俠來討論，謝謝,！

湘里狼

原帖由 XMLYH 于 2008-1-10 07:26 發(fā)表
盤形凸輪,，圓柱凸輪和移動(dòng)凸輪，在設(shè)計(jì)使用中,，各有優(yōu)缺點(diǎn),。使用用途一般是兩個(gè)方面，一個(gè)是鎖緊作用,，一個(gè)是起到定位導(dǎo)向作用,。在定位鎖緊這方面，它明顯的特點(diǎn)是剛性大,，是優(yōu)點(diǎn)也是缺點(diǎn),，容易對(duì)產(chǎn)品造成外表硬傷， ...

朋友,，雖然我不精通凸輪機(jī)構(gòu),，您說的凸輪機(jī)構(gòu)剛性大，會(huì)把產(chǎn)品表面弄傷,；那么,，氣缸的剛性就小嗎？氣缸就不會(huì)把產(chǎn)品表面弄傷嗎,？如果是想用凸輪機(jī)構(gòu)來夾緊產(chǎn)品的話,，在前面加一個(gè)彈簧裝置不就OK了嗎？我們公司的自動(dòng)機(jī),，從日本買過來的,，全部是凸輪機(jī)構(gòu)的，非常的穩(wěn)定,，想比之下,，氣缸機(jī)構(gòu)的機(jī)器，是經(jīng)常要維修,，今天更換電磁閥,、明天更換感應(yīng)開關(guān)。

老腰

原帖由 湘里狼 于 2008-1-10 22:15 發(fā)表

朋友,，雖然我不精通凸輪機(jī)構(gòu),，您說的凸輪機(jī)構(gòu)剛性大，會(huì)把產(chǎn)品表面弄傷,；那么,，氣缸的剛性就小嗎？氣缸就不會(huì)把產(chǎn)品表面弄傷嗎,？如果是想用凸輪機(jī)構(gòu)來夾緊產(chǎn)品的話,，在前面加一個(gè)彈簧裝置不就OK了嗎？我們公司的自 ...

湘里狼小兄弟,，你好,。
我想凸輪機(jī)構(gòu)與伺服機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)機(jī)構(gòu)相比,，最主要的區(qū)別在于可變與不可變,。
可以變的是伺服與氣動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過PLC進(jìn)行動(dòng)作變化,，設(shè)計(jì)及改造的周期短,，很快能適應(yīng)生產(chǎn)，大量應(yīng)用在短銷售壽命產(chǎn)品的機(jī)器上,，如消耗性的電子產(chǎn)品等,。
反觀凸輪機(jī)構(gòu)則不可變，其設(shè)計(jì),、制造的周期相對(duì)較長,，適用在穩(wěn)定長銷售壽命產(chǎn)品的機(jī)器上。

syw開門造車

老腰友好,！

你的發(fā)言：凸輪機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是：可實(shí)現(xiàn)高速化,，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高,；
1,、可實(shí)現(xiàn)高速化-----------指頻率。
2,、結(jié)構(gòu)緊湊-----------------指體積,。
3、可靠性高-----------------指各動(dòng)作步驟協(xié)調(diào),。
.
好象少歸納了一個(gè)優(yōu)點(diǎn),，既：精度。

我們網(wǎng)站以前討論“印刷機(jī)械給紙機(jī)設(shè)計(jì)”那個(gè)帖中有過這方面的討論,。
幫你做個(gè)鏈接,。

syw   080111---00.35

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印刷機(jī)械給紙機(jī)設(shè)計(jì)（多家對(duì)比）
http://bbs.cmiw.cn/viewthread.php?tid=24530&page=1

老腰

總工,，你好。
1,、高速化----高速度,，換言之是高效率。
2,、結(jié)構(gòu)緊湊----體積小,。
3、可靠性高----穩(wěn)定,，故障率低,。
凸輪機(jī)構(gòu)的精度高是沒錯(cuò)，但只是與氣動(dòng)比較,，與伺服控制相比就優(yōu)勢不大,，而且伺服控制有取代凸輪之勢。
我是多次看了印刷機(jī)械欄目關(guān)于凸輪的討論,，臘月的黃牛網(wǎng)友上傳的凸輪圖也收藏了,，他們的討論也很到位，深入到行業(yè)的具體問題了,，但我覺得還不夠廣泛,。

syw開門造車

老腰友好！

伺服控制有取代凸輪之勢,！

我非常認(rèn)同,。在我們網(wǎng)站，我曾發(fā)過一個(gè)帖：<與我有關(guān)的機(jī)電一體化的故事>
在那個(gè)帖中談到的項(xiàng)目技術(shù)要求是：

一個(gè)直徑45毫米,，長300毫米,，重約500克的物體，讓其頻繁的高速啟動(dòng),、停止,。
一個(gè)工作循環(huán)是：啟動(dòng)----軸圓周旋轉(zhuǎn)45度停止----軸向后退10毫米停止----軸圓周
高速旋轉(zhuǎn)1395度（總計(jì)4圈）停止-----軸向前進(jìn)10毫米復(fù)位停止。
技術(shù)要求是：每分鐘完成120個(gè)工作循環(huán),，旋轉(zhuǎn)定位精度==0度,。軸向定位精度0毫米。
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在我之前,，我國該行業(yè)普遍用的是“馬爾他 機(jī)構(gòu)”,，噪音特大，維護(hù)難,。

1992年時(shí),，該行業(yè)的工程師發(fā)明過“伺服氣缸結(jié)構(gòu)”，沒有成功,。

2002年,，該行業(yè)的工程師發(fā)明成功了“電磁離合器+凸輪+電磁磨擦片剎車”結(jié)構(gòu),，
存在的問題有兩個(gè)：
1、是控制不準(zhǔn)（采用的控制技術(shù)不當(dāng)）,。
2,、是工作一段時(shí)間，徑向定位不準(zhǔn),，時(shí)常需要調(diào)整。
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現(xiàn)在用的是我的方案：單片機(jī)+步進(jìn)電機(jī)+齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)+閉環(huán)檢測
最后達(dá)到的指標(biāo)是：每分鐘完成134個(gè)工作循環(huán),。角度定位精度==0度,，軸向定位精度==0毫米，
而且噪聲非常低,，功耗非常的低,，重量非常的輕。

所以我認(rèn)同你的觀點(diǎn)：伺服控制有取代凸輪之勢,！

syw   080111---01.53

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與我有關(guān)的機(jī)電一體化的故事
http://bbs.cmiw.cn/viewthread.php?tid=41917

[ 本帖最后由 syw開門造車 于 2008-1-11 02:12 編輯 ]