电子齿轮

目录

概述.................................................................................................................................. 2

1. 基本介绍................................................................................................................... 2

1.1  基本原理......................................................................................................... 2

1.2  基本特点......................................................................................................... 3

2. 应用讲解................................................................................................................... 3

2.1  硬件部分......................................................................................................... 3

2.2  软件部分......................................................................................................... 3

1） 工具介绍................................................................................................ 3

2） 指令介绍................................................................................................ 5

3） 应用案例................................................................................................ 7

3. 注意事项................................................................................................................... 8

概述

在运动控制系统中，电子齿轮的实现方式是用电气控制技术来代替机械传动机构，通过软件的方法实现机械齿轮速比的调节功能，图1为电子齿轮的机械模型。

图1 电子齿轮机械模型

1. 基本介绍

1.1 基本原理

根据传动比，离合区的不同，主轴带动从轴运动。上位机向伺服系统(运动控制器)发出位置指令，位置指令脉冲有3种形式，如图1.1.1为位置指令脉冲示意图。

① 脉冲+方向

②  CW脉冲+CCW脉冲(正脉冲+负脉冲)

③ 正交两相脉冲

图1.1.1 位置指令脉冲示意图

位置指令脉冲包含电机的位移和方向两个方面，伺服系统的位置反馈脉冲当量(控制器输出一个定位控制脉冲时，所产生的定位控制移动的位移)由检测器(如光电脉冲编码器)的分辨率，以及电机每转对应的机械位移量等决定。当指令脉冲单位与位置反馈脉冲当量不一致时，就可以使用电子齿轮使二者完全匹配。

1.2 基本特点

① 可以大大地简化机械设计，实现多个运动轴按设定的齿轮比同步运动；

② 实现一个运动轴以设定的齿轮比跟随一个函数，而这个函数由其他的几个运动轴的运动决定，一个轴也可以以设定的比例跟随其他两个轴的合成速度；

③ 电子齿轮可以任意决定一个输入脉冲所相当的电机位移量，实现无极调速，提高系统的柔性，运行更加平稳；

④ 在电机启动和停止时，可防止失步和过冲现象；

⑤ 电子齿轮的转动轴分为主轴和从轴，从轴又可看做主轴，主轴带动从轴，从轴只能跟随主轴运动，反之不可；

2. 应用讲解

2.1 硬件部分

可以使用同一控制器上任意轴作为主轴。如图2.1.1为GCN400A控制器，其他控制器同样方式，红色区域内可选任意轴作主轴，其他都作为主轴的从轴。

图2.2.1 GCN400A控制器

2.2 软件部分

1）工具介绍

通过GCS.exe工具对电子齿轮的使用配置进行详细说明。GCS.exe工具连接控制器后，点击功能->电子齿轮，同时打开两个测试轴1和2，如图2.2.1电子齿轮模拟测试。

图2.2.1 电子齿轮模拟测试

在图2.2.1中，Gear 运动模式（电子齿轮运动模式）设置了电机2为从轴，电机1为主轴，主轴类型（规划位置、实际位置、编码器位置）可选，一般默认规划位置；跟随方向（双向、正向、负向）可选，一般默认双向；传动比主轴位移（设置主轴移动位移）；传动比从轴位移（设置主轴移动位移）；传动比主轴位移和传动比从轴位移之比为传动比，传动比（在机械传动系统中，其始端主动轮与末端从动轮的角速度或转速的比值，就是设置主轴和从轴的位移比值的）可以随时修改；离合区位移（必须大于0，同时不能等于1）可以改变传动比的数据变化，从而让跟随过程更加平滑，离合区越大，则同步过程越平滑；如图2.2.2为电子齿轮主从轴速度曲线，曲线1为主轴速度曲线，曲线2为传动比5:1从轴速度曲线，曲线3为传动比5:2从轴速度曲线，曲线4为传动比5:4从轴速度曲线，曲线5区域为离合区。

图2.2.2 电子齿轮主从轴速度曲线

当多个从轴跟随同一个主轴，从轴作为其他轴的主轴，如图2.2.3从轴电机作为主轴被跟随运动，电机1为电机2和电机3的主轴，电机2为电机3的主轴，根据传动比不同，电机移动的位移也就不同。

图2.2.3从轴作为主轴被跟随运动

2）指令介绍

以下为电子齿轮常用功能函数的详细说明。

电子齿轮

（1）设置单轴运动速度曲线类型

NMC_MtSetPrfMode( HAND axisHandle, short mode );

（2）设置 Gear 跟随方向

NMC_MtGearSetDir(HAND axisHandle, short dir);

（3）获取 Gear 跟随方向

NMC_MtGearGetDir(HAND axisHandle, short* pdir);

（4）设置 Gear 主轴参数

NMC_MtGearSetMaster(HAND axisHandle, short masterNo, short masterType);

（5）获取 Gear 主轴参数

NNMC_MtGearGetMaster(HAND axisHandle, short * pmasterNo, short * pmasterType);

（6）设置Gear跟随倍率

NMC_MtGearSetRatio(HAND axisHandle, long masterEven, long slaveEven, long masterSlope);

（7）获取Gear跟随倍率

NMC_MtGearGetRatio(HAND axisHandle, long *pMasterEven, long *pSlaveEven,long *pMasterSlope);

（8）启动Gear运动

NMC_MtGearStartMtn(HAND axisHandle, short syncAxCnts, short *pSyncAxArray);

3）应用案例

3. 注意事项

① 将电子齿轮先设成1:1，为消除反向间隙的影响，确定待运动的方向后，先沿此方向运动一定的距离(如2毫米)；

② 坐标、状态清零，或使用设定值(如1000毫米)的运动。沿刚才的方向单向移动一个距离(如1000毫米)，此距离应足够大(理论上越大越精确)；

③ 修改电子齿轮值后，校核运动精度，如果满足精度要求，则记下此数值，以备丢失时使用。如果误差过大，则重复此操作，或对上述值进行修正。注：对于使用伺服电机的用户建议更改伺服驱动器的电子齿轮，而将系统的电子齿轮设置为1:1；

④ 电子齿轮一般应使分子(主动轴)小于等于分母(从动轴)，不要分子大于分母；

⑤ 如果使用交流伺服，尽量将控制系统的电子齿轮设置为1，而改变伺服驱动器的电子齿轮设置；

⑥ 电子齿轮的分子、分母均不能为零、负数或小数；

⑦ 电子齿轮可对丝杠、齿条的线性误差进行线性的补偿；

⑧ 系统的电子齿轮可与步进驱动器的细分数、伺服电机的电子齿轮结合在一起修改。从而保证电子齿轮的比不超过1。总之，系统以设定的高速运行时，其输出的高频率应<150khz。否则将出现不准确的现象；< span="">

⑨ 当使用步进电机，且电子齿轮比为1:1时，系统运动过程中的振动、噪音将降低，否则有可能出现一定的振动或噪音；

⑩ 电子齿轮比的倒数为脉冲当量:系统发出一个脉，机械实际运动的距离(单位:微米)；

11 在函数中，有三种编程对象，对于单轴控制的指令是以 NMC_Mt 开头，对于坐标系的指令是以NMC_Crd 开头，其余是对控制器的指令；

12 文档只挑选常用功能，更多功能请关注头文件，在里面做了详细的注释；

13 如有其他疑问，请联系技术。