專利名稱：電機(jī)力矩與位置/速度模式轉(zhuǎn)換裝置和控制方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料自動(dòng)化成型領(lǐng)域，是一種電機(jī)力矩與位置/速度模式切換的 實(shí)現(xiàn)方式，應(yīng)用于鋪放設(shè)備送帶軸上，可協(xié)助鋪放成型設(shè)備的送帶、鋪帶、斷帶等工藝過(guò)程 的順利實(shí)施。
背景技術(shù)：
在實(shí)際機(jī)電設(shè)備和各種數(shù)控系統(tǒng)中，電機(jī)一般以力矩、位置或速度模式進(jìn)行工作， 有時(shí)候一步電機(jī)在同一工裝位置需要進(jìn)行兩種或兩種以上工作模式下工作，這就涉及到電 機(jī)工作模式的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。一般對(duì)于伺服電機(jī)，可采用控制器調(diào)整電機(jī)接線電壓或電流來(lái)調(diào) 整電機(jī)的工作模式，但是該功能在傳統(tǒng)數(shù)控設(shè)備上極少應(yīng)用，通用數(shù)控系統(tǒng)，比如Siemens、 FANUC等，不支持該功能，在數(shù)控系統(tǒng)自主開發(fā)該功能模塊需要耗費(fèi)大量的人力物力，并且 該功能模塊是否能順利實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換功能還有待商榷；有人提出借助外部機(jī)械機(jī)構(gòu)完成模 式轉(zhuǎn)換，比如有些模式轉(zhuǎn)換裝置利用彈簧推動(dòng)機(jī)械摩擦塊實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換，彈簧的 壓縮程度是靠調(diào)整螺栓完成的，彈簧彈力的大小決定著摩擦力的大小，進(jìn)而決定著力矩的 大小，當(dāng)摩擦力大到超過(guò)工作載荷時(shí)，工作軸實(shí)現(xiàn)了與電機(jī)的固聯(lián)，也就實(shí)現(xiàn)了力矩模式到 位置/速度模式的轉(zhuǎn)換，該機(jī)構(gòu)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換，但是當(dāng)需要調(diào)整力矩大 小或進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換時(shí)，均需要對(duì)彈簧進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，且調(diào)整量難以控制，具有效率低、精度 低等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種基于磨擦機(jī)理利用氣囊氣壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)模式轉(zhuǎn)換的方法，可有 效保證力矩調(diào)節(jié)和模式轉(zhuǎn)換的高效高精度，確保鋪帶過(guò)程的順利實(shí)施，徹底解決送帶電機(jī) 工作模式的頻繁轉(zhuǎn)換問(wèn)題。一種電機(jī)力矩與位置/速度模式轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于包括電機(jī)軸、氣囊支 架、摩擦氣囊、氣囊摩擦盤支架、氣囊摩擦盤、工作摩擦盤、工作摩擦盤支架、工作軸；其中上 述氣囊支架和氣囊摩擦盤支架固定于電機(jī)軸上，工作摩擦盤支架固定于工作軸上；上述摩 擦氣囊位于氣囊支架和氣囊摩擦盤支架之間，并安裝在氣囊支架上；上述氣囊摩擦盤安裝 于氣囊摩擦盤支架上，工作摩擦盤安裝于工作摩擦盤支架上?；跉饽夷Σ恋碾姍C(jī)工作模式轉(zhuǎn)換裝置中，氣囊與摩擦盤的接觸面積會(huì)因氣壓的 大小而變化，這也正符合了氣壓的變化趨勢(shì)，有助于增大摩擦力。另外采用控制器和電氣元 件可實(shí)現(xiàn)氣囊氣壓的自動(dòng)化控制，有助于調(diào)整速度和控制精度的提高。上述電機(jī)力矩與位置/速度模式轉(zhuǎn)換裝置的控制方法，其特征在于要求位置 模式時(shí)，由可編程控制器發(fā)出命令，對(duì)摩擦氣囊充氣，充氣壓力取決于工作載荷，保證工作 時(shí)電機(jī)軸與工作軸靜摩擦固連，則電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)準(zhǔn)確地傳遞到工作軸，達(dá)到位置控制的目的； 要求力矩模式時(shí)，由可編程控制器發(fā)出命令，對(duì)摩擦氣囊減壓，壓力大小取決于力矩的大 小，另保證電機(jī)轉(zhuǎn)速低于工作軸轉(zhuǎn)速或停止或反向，使摩擦氣囊與氣囊摩擦盤支架保證一定的滑動(dòng)摩擦力，進(jìn)而保證工作軸恒力矩輸出。氣囊摩擦的電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換裝置，可有效快速的實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換，氣囊 氣壓的大小根據(jù)需要事先在程序中設(shè)定好，工作時(shí)，控制器運(yùn)行程序進(jìn)行氣壓調(diào)節(jié)，進(jìn)而控 制力矩大小或保證位置輸出，高效而精確。上述摩擦氣囊可以為環(huán)形。環(huán)形的氣囊安裝時(shí)無(wú)需周向調(diào)整位置，方便安裝；其 次，環(huán)行氣囊對(duì)摩擦片的擠壓均勻，有助于摩擦盤的摩擦面均勻接觸，并有利于提高摩擦盤 的使用壽命。上述摩擦氣囊表面可以具有摩擦材料涂層。氣囊表面上涂摩擦材料涂層主要是因 為該裝置工作時(shí)，氣囊的氣壓會(huì)頻繁變化，使氣囊與支架和摩擦盤均有接觸摩擦，摩擦涂層 能夠減少氣囊磨損，提高氣囊壽命。上述電機(jī)力矩與位置/速度模式轉(zhuǎn)換控制方法，可用于控制復(fù)合材料自動(dòng)鋪放工 作過(guò)程中送帶電機(jī)的位置模式與速度模式切換。復(fù)合材料自動(dòng)鋪放設(shè)備工作時(shí)，需要對(duì)復(fù) 合材料預(yù)浸帶進(jìn)行切割、送帶、壓帶、鋪帶等操作，各種不同的操作均需送帶電機(jī)對(duì)應(yīng)不同 的工作模式或輸出力矩大小，該模式轉(zhuǎn)換裝置能夠很好的應(yīng)用于復(fù)合材料自動(dòng)鋪放設(shè)備的 送帶電機(jī)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)該裝置構(gòu)件比較少，安裝使用比較簡(jiǎn)單；利用電氣比例閥調(diào)節(jié)氣 囊氣壓，控制精度高；因此該裝置可以快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)電機(jī)模式轉(zhuǎn)換或力矩大小調(diào)整。該模式轉(zhuǎn)換方法可有效得解決自動(dòng)鋪放設(shè)備上送帶、斷帶、壓帶、鋪帶等動(dòng)作實(shí)施 的問(wèn)題，為設(shè)備連續(xù)、高效率、高精度運(yùn)行提供了保障。將該裝置安裝于送帶電機(jī)和復(fù)合材 料預(yù)浸帶卷間，利用自動(dòng)鋪放設(shè)備上的可編程控制器控制氣囊氣壓，配合數(shù)控系統(tǒng)控制電 機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鋪放設(shè)備上送帶、斷帶、壓帶、鋪帶等動(dòng)作的順利實(shí)施?？刂品椒ㄔ?實(shí)際操作時(shí)，位置控制模式下，操作者只需在可編程控制器里設(shè)置氣囊足夠大的壓力即可； 力矩控制模式下，操作者只需保證電機(jī)轉(zhuǎn)速低于帶卷軸轉(zhuǎn)速或停止或反向，根據(jù)力矩大小 設(shè)置氣囊壓力即可。


圖1 充氣前模式轉(zhuǎn)換裝置簡(jiǎn)圖； 圖2:力矩模式轉(zhuǎn)換裝置簡(jiǎn)圖3 位置/速度模式轉(zhuǎn)換裝置簡(jiǎn)圖中標(biāo)號(hào)名稱1、電機(jī)軸，2、氣囊支架，3、摩擦氣囊，4、氣囊摩擦盤支架，5、氣囊摩擦 盤，6、工作摩擦盤，7、工作摩擦盤支架，8工作軸。
具體實(shí)施例方式該裝置所涉及部件包括電機(jī)軸、工作軸、氣囊、氣囊支架、氣囊摩擦盤、工作摩擦 盤、設(shè)備基體等。氣囊支架、氣囊摩擦盤安裝在電機(jī)軸上，氣囊安裝在氣囊支架上，工作摩擦 盤安裝在工作軸上，電機(jī)軸和工作軸均固聯(lián)在設(shè)備基體上。要求位置模式時(shí)，由可編程控制器發(fā)出命令，對(duì)摩擦氣囊充氣，充氣壓力取決于工 作載荷，保證工作時(shí)電機(jī)軸與帶卷軸靜摩擦固連，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠準(zhǔn)確地傳遞到帶卷軸，達(dá) 到位置控制的目的；要求力矩模式時(shí)，由可編程控制器發(fā)出命令，對(duì)摩擦氣囊減壓，壓力大
4小取決于力矩的大小，另保證電機(jī)轉(zhuǎn)速低于帶卷軸轉(zhuǎn)速或停止或反向，使氣囊與帶卷軸側(cè) 保證一定的滑動(dòng)摩擦力，進(jìn)而保證帶卷軸恒力矩輸出。
具體實(shí)施方式
一
1.設(shè)備上電后，若需要工作在位置模式，則可編程控制器首先識(shí)別帶卷軸載荷，計(jì)算 出保證氣囊與帶卷軸固聯(lián)所需要的氣壓，然后發(fā)出充氣指令；
2.電氣比例法接到可編程控制器的指令后，根據(jù)指令調(diào)整氣壓，保證輸出氣壓穩(wěn)定在 設(shè)定值；充氣前，模式轉(zhuǎn)換裝置如圖1，充氣后，模式轉(zhuǎn)換裝置如圖3 ；
3.設(shè)備開始運(yùn)行軌跡時(shí)，送帶電機(jī)根據(jù)數(shù)控指令進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)氣囊和帶卷軸之間的 靜摩擦傳遞給帶卷軸，從而控制帶卷軸的送帶長(zhǎng)度；
4.若需要工作在力矩模式時(shí)，設(shè)備軌跡運(yùn)行暫停，由可編程控制器發(fā)出指令首先釋放 氣囊氣壓，斷開送帶電機(jī)與帶卷軸之間的連接；放氣后模式轉(zhuǎn)換裝由圖3變至圖1形狀；
5.然后可編程控制器發(fā)出指令，使送帶電機(jī)停止；
6.接下來(lái)可編程控制器根據(jù)力矩大小計(jì)算所需壓力的大小，進(jìn)而計(jì)算得到所需氣囊 壓力的大小，發(fā)出充氣指令；
7.電氣比例法接到可編程控制器的指令后，根據(jù)指令調(diào)整氣壓，保證氣囊和帶卷軸間 穩(wěn)定的滑動(dòng)摩擦力，進(jìn)而使輸出氣壓穩(wěn)定在設(shè)定值；充氣后模式轉(zhuǎn)換裝由圖1變至圖2形 狀；
8.設(shè)備再次運(yùn)行軌跡時(shí)，帶卷軸以恒定的力矩輸出進(jìn)行工作。
具體實(shí)施方式
二
1.設(shè)備上電后，若需要工作在力矩模式時(shí)，由可編程控制器發(fā)出指令首先釋放氣囊氣 壓，斷開送帶電機(jī)與帶卷軸之間的連接；放氣后模式轉(zhuǎn)換裝見圖1 ；
2.然后可編程控制器發(fā)出指令，使送帶電機(jī)停止；
3.接下來(lái)可編程控制器根據(jù)力矩大小計(jì)算所需壓力的大小，進(jìn)而計(jì)算得到所需氣囊 壓力的大小，發(fā)出充氣指令；
4.電氣比例法接到可編程控制器的指令后，根據(jù)指令調(diào)整氣壓，保證氣囊和帶卷軸間 穩(wěn)定的滑動(dòng)摩擦力，進(jìn)而使輸出氣壓穩(wěn)定在設(shè)定值；充氣后模式轉(zhuǎn)換裝由圖1變至圖2形 狀；
5.設(shè)備再次運(yùn)行軌跡時(shí)，帶卷軸以恒定的力矩輸出進(jìn)行工作；
6.若需要工作在位置模式，設(shè)備軌跡運(yùn)行暫停，則可編程控制器首先識(shí)別帶卷軸載 荷，計(jì)算出保證氣囊與帶卷軸固聯(lián)所需要的氣壓，然后發(fā)出充氣指令；
7.電氣比例法接到可編程控制器的指令后，根據(jù)指令調(diào)整氣壓，保證輸出氣壓穩(wěn)定在 設(shè)定值；再次充氣后模式轉(zhuǎn)換裝見圖3 ；
8.設(shè)備開始運(yùn)行軌跡時(shí)，送帶電機(jī)根據(jù)數(shù)控指令進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)氣囊和帶卷軸之間的 靜摩擦傳遞給帶卷軸，從而控制帶卷軸的送帶長(zhǎng)度。
具體實(shí)施方式
三
該實(shí)施方式同實(shí)施方式一，只是將實(shí)施方式一第五步的“電機(jī)停止”調(diào)整為“電機(jī)反轉(zhuǎn) 或慢于帶卷軸轉(zhuǎn)速”。
具體實(shí)施方式
四
該實(shí)施方式同實(shí)施方式二，只是將實(shí)施方式一第二步的“電機(jī)停止”調(diào)整為“電機(jī)反轉(zhuǎn)或慢于帶卷軸轉(zhuǎn)速”。

具體實(shí)施方式
五
該實(shí)施方式同實(shí)施方式一、二、三、四，只是將實(shí)施方式一、二、三、四中的位置工作模式 調(diào)整為速度工作模式。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)力矩與位置/速度模式轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于包括電機(jī)軸(1)、氣囊支架(2)、摩擦氣囊(3)、氣囊摩擦盤支架(4)、氣囊摩擦盤(5)、工 作摩擦盤(6)、工作摩擦盤支架(7)、工作軸(8)；其中上述氣囊支架(2)和氣囊摩擦盤支架(4)固定于電機(jī)軸(1)上，工作摩擦盤支架 (7)固定于工作軸(8)上；上述摩擦氣囊(3)位于氣囊支架(2)和氣囊摩擦盤支架(4)之間，并安裝在氣囊支架 (2)上;上述氣囊摩擦盤(5)安裝于氣囊摩擦盤支架(4)上，工作摩擦盤(6)安裝于工作摩擦盤 支架(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)力矩與位置/速度模式轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于上述摩 擦氣囊(3)為環(huán)形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)力矩與位置/速度模式轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于上述摩 擦氣囊(3 )表面具有摩擦材料涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)力矩與位置/速度模式轉(zhuǎn)換裝置的控制方法，其特征在于要求位置模式時(shí)，由可編程控制器發(fā)出命令，對(duì)摩擦氣囊(3)充氣，充氣壓力取決于工 作載荷，保證工作時(shí)電機(jī)軸(1)與工作軸(8)靜摩擦固連，則電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)準(zhǔn)確地傳遞到工作 軸(8)，達(dá)到位置控制的目的；要求力矩模式時(shí)，由可編程控制器發(fā)出命令，對(duì)摩擦氣囊(3)減壓，壓力大小取決于力 矩的大小，另保證電機(jī)轉(zhuǎn)速低于工作軸(8)轉(zhuǎn)速或停止或反向，使摩擦氣囊(3)與氣囊摩擦 盤支架(4)保證一定的滑動(dòng)摩擦力，進(jìn)而保證工作軸(8)恒力矩輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)力矩與位置/速度模式轉(zhuǎn)換控制方法，其特征在于該 方法用于控制復(fù)合材料自動(dòng)鋪放制備過(guò)程中送帶電機(jī)的位置模式與速度模式切換。
全文摘要
一種電機(jī)力矩位置模式轉(zhuǎn)換的控制方法，應(yīng)用于復(fù)合材料自動(dòng)化成型領(lǐng)域，可協(xié)助鋪放成型設(shè)備的送帶、鋪帶、斷帶等工藝過(guò)程的順利實(shí)施。該方法借助一種氣囊摩擦裝置實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出力矩和位置模式之間的轉(zhuǎn)換，由可編程控制器即可控制轉(zhuǎn)換過(guò)程、調(diào)整力矩大小、保證鋪帶過(guò)程的順利進(jìn)行，擺脫了兩種模式轉(zhuǎn)換對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的依賴。
文檔編號(hào)B65H35/00GK102070037SQ201010579189
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者文立偉, 李勇, 王顯峰, 肖軍, 還大軍, 齊俊偉 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)