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
請各位大蝦踴躍發(fā)言,，不管對與錯(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)裝置的一些對比，說得不對的地方,，請各位大蝦指正,，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),，氣壓會下降,，氣缸的動(dòng)作也會產(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://97307.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。
此方面的比較請看附件MPG格式文件,，《與伺服系統(tǒng)對比（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)，容易對產(chǎn)品造成外表硬傷,，另外它也怕震動(dòng),，會造成鎖緊松動(dòng)。現(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)，容易對產(chǎn)品造成外表硬傷,， ...

2樓的Yours大俠,，請具體談?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,，會把產(chǎn)品表面弄傷,；那么，氣缸的剛性就小嗎,？氣缸就不會把產(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，會把產(chǎn)品表面弄傷,；那么,，氣缸的剛性就小嗎？氣缸就不會把產(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 ]