[发明专利]一种多次方变形凸轮曲线的设计方法

说明书

本发明将电子凸轮曲线调整区的凸轮曲线的行程‑凸轮轴角度关系拟合成7次方多项式的基本函数，而后选取调整区起点、终点以及限速点三个点运动参数数值，且限制限速点其速度数值以及加速度为零，实现了7次方多项式的电子凸轮曲线生成，经仿真计算及实验验证，该凸轮曲线振幅小、速度变化范围可控，且伺服电机可持续保持高速运动状态，解决了现有凸轮曲线的振幅高，从而也解决了伺服电机负载率高、运行速度慢以及电机冲击震动大的问题。

技术领域

本发明属于电子凸轮设计技术领域，具体涉及一种使伺服电机冲击小、运行能耗低的多次方变形凸轮曲线的设计方法。

背景技术

电子凸轮控制近年来在我国自动化行业应用广泛，是利用构造的凸轮曲线来模拟机械凸轮，以达到机械凸轮系统相同的凸轮轴与主轴之间相对运动的系统。由于系统机构处于高动态运动状态，所以电子凸轮曲线常以多次方凸轮曲线来设计。

如公开(公告)号为CN106406219A的发明提供一种用于横切的免编程电子凸轮曲线生成方法，该方法根据5次方无量纲化的位置关系函数微分得到速度、加速度、加加速度函数；根据切长的不同，选择不同的条件求出方程系数，将函数进行无量纲值和真实值转换，再进行坐标偏移得到分段函数。其速度曲线为4次方函数，与3次方函数相比更为柔和、平顺。

但由于在部分产品加工中，如成人尿裤的不同产品，其尺寸对于凸轮机构来说变化率较大，其驱动凸轮轴的速度、加速度变化较大，亟需适当修改凸轮曲线，而现有技术中，由于参数条件限制，只能实现5次方位置关系函数凸轮曲线生成，其导致伺服电机振幅高、负载率低，运行速度慢等问题。

发明内容

本发明旨在提供一种多次方变形凸轮曲线的设计方法，以解决现有凸轮曲线的振幅高，从而也解决了伺服电机负载率高、运行速度慢以及电机冲击震动大的问题。

具体方案如下：一种多次方变形凸轮曲线的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：凸轮曲线行程为s(mm)，速度为v(mm/degree)，加速度为a(mm/degree^2)，凸轮轴角度为x(degree)；

该凸轮曲线根据应用需求依次包括进给区以及调整区，将该调整区的凸轮曲线的行程-凸轮轴角度关系拟合成基本函数，该基本函数采用7次方多项式；

对该行程-凸轮轴角度关系的基本函数进行微分，得出了速度-凸轮轴角度关系的函数；

对该速度-凸轮轴角度关系的函数进行微分，得到了加速度-凸轮轴角度关系的函数；

则该三函数依次为：

；

S2：根据应用需求，选取凸轮轴角度x在该调整区的起点处及终点处行程s、速度v和加速度a的数值；

S3：选取行程s在该调整区中间区域上的一点为限速点，并设置该限速点处行程s、速度v的数值，取该点处加速度a数值为零，速度v数值能使驱动该凸轮轴转动的伺服电机不小于其最低转速；

S4：将起点、限速点及终点对应的行程s、速度v和加速度a的数值分别带入该基本函数、速度-凸轮轴角度关系的函数以及加速度-凸轮轴角度关系的函数，求得在该调整区的凸轮曲线。

进一步的，在该进给区，该凸轮轴以最大速度匀速转动，进而使该进给区行程-凸轮轴角度关系函数为s=kx 。

进一步的，在该调整区的起点处及终点处，该凸轮轴转速相同，且均达到最大值。

进一步的，步骤S3中，被作用材料对应该调整区的送料长度为L，则取该行程s为该送料长度L的一半时的点为该限速点。

进一步的，被作用材料匀速送料，且在进给区，该凸轮曲线进给所产生的线速度等于被作用材料送料速度。