Codesys电子凸轮功能的设计与可视化仿真

1、序言

在机械设计中，凸轮机构可以完成各种复杂的运动，包括直线运动、摆动、等速运动和不等速运动，能够应用于各个行业；电子凸轮(英文简称ECAM)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软件系统。

codesys功能强大，电子凸轮功能也完全可以实现，在项目工程内，创建两个轴，分主轴和从轴，通过电子凸轮曲线构造主轴与从轴的凸轮关系，当主轴运转时，从轴按照凸轮关系跟随主轴动作。

2、电子凸轮编程

以FBD编程语言为例，codesys要实现电子凸轮分两部分（创建FBD编程的POU和建立两个轴的方法在这里就不介绍了）：

a、创建凸轮表，构造凸轮曲线；

b、编写电子凸轮程序；

2.1、创建凸轮表

在application处右键添加对象，选择cam表，名称可以自己定义，创建完成后，右键点击创建的cam，选择属性，设置主从轴起始位置和结束位置，周期等参数。

进入cam中，修改cam曲线和cam表，本例使用直线段模拟，实现简单的功能，主轴旋转前半圈0-180度，从轴旋转一圈，主轴后半圈180度-360度继续旋转，从轴则等待，主轴一圈完成，进入下一个循环，从轴根据主轴角度动作。（此功能在类似飞剪中的一个动作），拟合方式选择lin模式（直线段拟合），cam曲线和cam表如下图所示，（没有速度与加速度曲线）

 

 同时需要在表中至少添加一个挺杆点，可根据需求自行设置，在挺杆表中添加点，在挺杆页显示对应的点位，如下图所示；

 这样，凸轮表就创建完毕。

2.2、编写程序块

程序块主要内容包括，两个伺服使能power，主轴速度模式运行MoveVelocity，凸轮表选择CamTableSelect，凸轮啮合CamIn，凸轮啮合松开CamOut，挺杆位置检查GetTappetValue，模块的参数主要有：MoveVelocity的Axis参数为主轴R轴，execute参数为上升沿启动模式，用bool类型变量‘启动’，方向为positive或者negetive，CamTableSelect的Master为主轴R轴，Slave为从轴X轴，CamTable就是我们创建的cam表名称cam1，CamIn和CamOut变量类似，设置主从轴，execute对应一个bool变量，StartMode选择使用绝对absolute模式，CamTableID与CamTableSelect的输出对应，GetTappetValue与CamIn的输出对应，同时增加两个轴的停止命令Stop，并创建对应的变量，如图所示。

 

 2.3、创建可视化界面

 可视化界面实际上只需要两个旋转轴，旋转轴的变量可以直接使用轴的名称，本文使用R轴与X轴，4个按钮，包括凸轮啮合，啮合松开，启动，和停止，对应变量就选变量表里对应的bool类型变量，为方便观察和确认状态，可以增加MoveVelocity，CamTableSelect，CamIn，GetTappetValue控件，变量配置在变量表里也能选到对应的；如下图所示。

3、仿真运行

电子凸轮使用时，需要先运行CamIn，使两个凸轮啮合，再启动主轴运行，则从轴会根据cam表运行，如果没有啮合或者点击CamOut了，则启动主轴时，从轴不会跟随主轴动作，MoveVelocity，CamIn，CamOut，Stop都是execute模式，即上升沿有效模式，因此启动后，需要点击停止才能将主轴和从轴停下，仿真运行结果视频所示。 

codesys实现电子凸轮

通过视频可以看到凸轮运行的结果，即主轴旋转前半圈0-180度，从轴旋转一圈，主轴后半圈180度-360度继续旋转，从轴则等待，主轴一圈完成，进入下一个循环，与我们的需求一致。

4、综述

本文仅仅以一个简单的例子来说明codesys电子凸轮的使用方法，只是起一个抛砖引玉的作用；在实际应用中，电子凸轮的曲线都是用5阶多项式去拟合实际的运行轨迹，而且也不可能一次就能拟合出需要的轨迹，需要不断的测试运行，并根据测试运行结果调整曲线和cam表的点位，最终才能达到相对匹配的cam表。

本文所涉及的程序案例和代码也相对简单，如有需要参考的，可以到以下地址下载：

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