專利名稱：電機力矩與位置/速度模式轉換裝置和控制方法及應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及復合材料自動化成型領域，是一種電機力矩與位置/速度模式切換的 實現方式，應用于鋪放設備送帶軸上，可協助鋪放成型設備的送帶、鋪帶、斷帶等工藝過程 的順利實施。
背景技術：
在實際機電設備和各種數控系統中，電機一般以力矩、位置或速度模式進行工作， 有時候一步電機在同一工裝位置需要進行兩種或兩種以上工作模式下工作，這就涉及到電 機工作模式的轉換問題。一般對于伺服電機，可采用控制器調整電機接線電壓或電流來調 整電機的工作模式，但是該功能在傳統數控設備上極少應用，通用數控系統，比如Siemens、 FANUC等，不支持該功能，在數控系統自主開發該功能模塊需要耗費大量的人力物力，并且 該功能模塊是否能順利實現模式轉換功能還有待商榷；有人提出借助外部機械機構完成模 式轉換，比如有些模式轉換裝置利用彈簧推動機械摩擦塊實現電機工作模式轉換，彈簧的 壓縮程度是靠調整螺栓完成的，彈簧彈力的大小決定著摩擦力的大小，進而決定著力矩的 大小，當摩擦力大到超過工作載荷時，工作軸實現了與電機的固聯，也就實現了力矩模式到 位置/速度模式的轉換，該機構雖然能夠實現電機工作模式轉換，但是當需要調整力矩大 小或進行模式轉換時，均需要對彈簧進行手動調節，且調整量難以控制，具有效率低、精度 低等缺點。
發明內容
本發明旨在提出一種基于磨擦機理利用氣囊氣壓實現電機模式轉換的方法，可有 效保證力矩調節和模式轉換的高效高精度，確保鋪帶過程的順利實施，徹底解決送帶電機 工作模式的頻繁轉換問題。一種電機力矩與位置/速度模式轉換裝置，其特征在于包括電機軸、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。基于氣囊摩擦的電機工作模式轉換裝置中，氣囊與摩擦盤的接觸面積會因氣壓的 大小而變化，這也正符合了氣壓的變化趨勢，有助于增大摩擦力。另外采用控制器和電氣元 件可實現氣囊氣壓的自動化控制，有助于調整速度和控制精度的提高。上述電機力矩與位置/速度模式轉換裝置的控制方法，其特征在于要求位置 模式時，由可編程控制器發出命令，對摩擦氣囊充氣，充氣壓力取決于工作載荷，保證工作 時電機軸與工作軸靜摩擦固連，則電機的轉動準確地傳遞到工作軸，達到位置控制的目的； 要求力矩模式時，由可編程控制器發出命令，對摩擦氣囊減壓，壓力大小取決于力矩的大 小，另保證電機轉速低于工作軸轉速或停止或反向，使摩擦氣囊與氣囊摩擦盤支架保證一定的滑動摩擦力，進而保證工作軸恒力矩輸出。氣囊摩擦的電機工作模式轉換裝置，可有效快速的實現電機工作模式轉換，氣囊 氣壓的大小根據需要事先在程序中設定好，工作時，控制器運行程序進行氣壓調節，進而控 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形。環形的氣囊安裝時無需周向調整位置，方便安裝；其 次，環行氣囊對摩擦片的擠壓均勻，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，氣囊的氣壓會頻繁變化，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。上述電機力矩與位置/速度模式轉換控制方法，可用于控制復合材料自動鋪放工 作過程中送帶電機的位置模式與速度模式切換。復合材料自動鋪放設備工作時，需要對復 合材料預浸帶進行切割、送帶、壓帶、鋪帶等操作，各種不同的操作均需送帶電機對應不同 的工作模式或輸出力矩大小，該模式轉換裝置能夠很好的應用于復合材料自動鋪放設備的 送帶電機。本發明的優點該裝置構件比較少，安裝使用比較簡單；利用電氣比例閥調節氣 囊氣壓，控制精度高；因此該裝置可以快速準確的實現電機模式轉換或力矩大小調整。該模式轉換方法可有效得解決自動鋪放設備上送帶、斷帶、壓帶、鋪帶等動作實施 的問題，為設備連續、高效率、高精度運行提供了保障。將該裝置安裝于送帶電機和復合材 料預浸帶卷間，利用自動鋪放設備上的可編程控制器控制氣囊氣壓，配合數控系統控制電 機的轉速，就可實現自動鋪放設備上送帶、斷帶、壓帶、鋪帶等動作的順利實施。控制方法在 實際操作時，位置控制模式下，操作者只需在可編程控制器里設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轉速低于帶卷軸轉速或停止或反向，根據力矩大小 設置氣囊壓力即可。
圖1 充氣前模式轉換裝置簡圖； 圖2:力矩模式轉換裝置簡圖3 位置/速度模式轉換裝置簡圖中標號名稱1、電機軸，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。
具體實施例方式該裝置所涉及部件包括電機軸、工作軸、氣囊、氣囊支架、氣囊摩擦盤、工作摩擦 盤、設備基體等。氣囊支架、氣囊摩擦盤安裝在電機軸上，氣囊安裝在氣囊支架上，工作摩擦 盤安裝在工作軸上，電機軸和工作軸均固聯在設備基體上。要求位置模式時，由可編程控制器發出命令，對摩擦氣囊充氣，充氣壓力取決于工 作載荷，保證工作時電機軸與帶卷軸靜摩擦固連，電機的轉動能夠準確地傳遞到帶卷軸，達 到位置控制的目的；要求力矩模式時，由可編程控制器發出命令，對摩擦氣囊減壓，壓力大
4小取決于力矩的大小，另保證電機轉速低于帶卷軸轉速或停止或反向，使氣囊與帶卷軸側 保證一定的滑動摩擦力，進而保證帶卷軸恒力矩輸出。
具體實施方式
一
1.設備上電后，若需要工作在位置模式，則可編程控制器首先識別帶卷軸載荷，計算 出保證氣囊與帶卷軸固聯所需要的氣壓，然后發出充氣指令；
2.電氣比例法接到可編程控制器的指令后，根據指令調整氣壓，保證輸出氣壓穩定在 設定值；充氣前，模式轉換裝置如圖1，充氣后，模式轉換裝置如圖3 ；
3.設備開始運行軌跡時，送帶電機根據數控指令進行轉動，通過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度；
4.若需要工作在力矩模式時，設備軌跡運行暫停，由可編程控制器發出指令首先釋放 氣囊氣壓，斷開送帶電機與帶卷軸之間的連接；放氣后模式轉換裝由圖3變至圖1形狀；
5.然后可編程控制器發出指令，使送帶電機停止；
6.接下來可編程控制器根據力矩大小計算所需壓力的大小，進而計算得到所需氣囊 壓力的大小，發出充氣指令；
7.電氣比例法接到可編程控制器的指令后，根據指令調整氣壓，保證氣囊和帶卷軸間 穩定的滑動摩擦力，進而使輸出氣壓穩定在設定值；充氣后模式轉換裝由圖1變至圖2形 狀；
8.設備再次運行軌跡時，帶卷軸以恒定的力矩輸出進行工作。
具體實施方式
二
1.設備上電后，若需要工作在力矩模式時，由可編程控制器發出指令首先釋放氣囊氣 壓，斷開送帶電機與帶卷軸之間的連接；放氣后模式轉換裝見圖1 ；
2.然后可編程控制器發出指令，使送帶電機停止；
3.接下來可編程控制器根據力矩大小計算所需壓力的大小，進而計算得到所需氣囊 壓力的大小，發出充氣指令；
4.電氣比例法接到可編程控制器的指令后，根據指令調整氣壓，保證氣囊和帶卷軸間 穩定的滑動摩擦力，進而使輸出氣壓穩定在設定值；充氣后模式轉換裝由圖1變至圖2形 狀；
5.設備再次運行軌跡時，帶卷軸以恒定的力矩輸出進行工作；
6.若需要工作在位置模式，設備軌跡運行暫停，則可編程控制器首先識別帶卷軸載 荷，計算出保證氣囊與帶卷軸固聯所需要的氣壓，然后發出充氣指令；
7.電氣比例法接到可編程控制器的指令后，根據指令調整氣壓，保證輸出氣壓穩定在 設定值；再次充氣后模式轉換裝見圖3 ；
8.設備開始運行軌跡時，送帶電機根據數控指令進行轉動，通過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度。
具體實施方式
三
該實施方式同實施方式一，只是將實施方式一第五步的“電機停止”調整為“電機反轉 或慢于帶卷軸轉速”。
具體實施方式
四
該實施方式同實施方式二，只是將實施方式一第二步的“電機停止”調整為“電機反轉或慢于帶卷軸轉速”。
具體實施方式
五
該實施方式同實施方式一、二、三、四，只是將實施方式一、二、三、四中的位置工作模式 調整為速度工作模式。
權利要求
1.一種電機力矩與位置/速度模式轉換裝置，其特征在于包括電機軸(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.根據權利要求1所述的電機力矩與位置/速度模式轉換裝置，其特征在于上述摩 擦氣囊(3)為環形。
3.根據權利要求1所述的電機力矩與位置/速度模式轉換裝置，其特征在于上述摩 擦氣囊(3 )表面具有摩擦材料涂層。
4.根據權利要求1所述的電機力矩與位置/速度模式轉換裝置的控制方法，其特征在于要求位置模式時，由可編程控制器發出命令，對摩擦氣囊(3)充氣，充氣壓力取決于工 作載荷，保證工作時電機軸(1)與工作軸(8)靜摩擦固連，則電機的轉動準確地傳遞到工作 軸(8)，達到位置控制的目的；要求力矩模式時，由可編程控制器發出命令，對摩擦氣囊(3)減壓，壓力大小取決于力 矩的大小，另保證電機轉速低于工作軸(8)轉速或停止或反向，使摩擦氣囊(3)與氣囊摩擦 盤支架(4)保證一定的滑動摩擦力，進而保證工作軸(8)恒力矩輸出。
5.根據權利要求4所述的電機力矩與位置/速度模式轉換控制方法，其特征在于該 方法用于控制復合材料自動鋪放制備過程中送帶電機的位置模式與速度模式切換。
全文摘要
一種電機力矩位置模式轉換的控制方法，應用于復合材料自動化成型領域，可協助鋪放成型設備的送帶、鋪帶、斷帶等工藝過程的順利實施。該方法借助一種氣囊摩擦裝置實現電機輸出力矩和位置模式之間的轉換，由可編程控制器即可控制轉換過程、調整力矩大小、保證鋪帶過程的順利進行，擺脫了兩種模式轉換對數控系統的依賴。
文檔編號B65H35/00GK102070037SQ201010579189
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者文立偉, 李勇, 王顯峰, 肖軍, 還大軍, 齊俊偉 申請人:南京航空航天大學