4.4.2　凸轮分度器的工作原理

（1）凸轮分度器的内部结构

凸轮分度器是利用空间凸轮机构的原理进行工作的。凸轮分度器的外部有两根轴，一根为输入轴，另一根为输出轴，输入轴由电动机直接或通过皮带驱动，输出轴则与作为负载的转盘或链轮连接在一起，带动转盘或链轮旋转。图4-21表示了常用的两种凸轮分度器，其中图4-21（a）所示为蜗杆式凸轮转位机构，图4-21（b）所示为圆柱式凸轮转位机构。图4-22所示为蜗杆式凸轮分度器的内部结构。

（2）凸轮分度器的工作过程

下面以最常用的蜗杆式凸轮分度器为例说明其工作过程。

①电动机驱动系统带动凸轮分度器的输入轴转动，由于输入轴与蜗杆凸轮是一体的，所以蜗杆凸轮与分度器输入轴是同步转动的。在工作中，输入轴一般是连续转动的。

②凸轮分度器的输出端为一个输出轴或法兰，输出轴内部实际就是一个转盘，转盘的端面上均匀分布着圆柱形或圆锥形滚子，蜗杆凸轮的轮廓曲面与上述圆柱形或圆锥形滚子切向接触，驱动转盘转位或停止。当蜗杆凸轮轮廓曲面具有升程时，转盘就被驱动旋转；当蜗杆凸轮轮廓曲面没有升程时，转盘就停止转动。

③蜗杆凸轮的轮廓曲面由两部分组成，一部分为轴向高度没有变化的区域（即凸轮转动时曲面没有升程），在此区域内由于蜗杆凸轮无法驱动转盘端面上的滚子，所以转盘在该对应时间内停止转动；另一部分是轴向髙度连续变化的区域（即凸轮转动时曲面具有升程），在此区域内蜗杆凸轮驱动转盘端面上的滚子，使转盘在该对应时间内连续转动一定角度。

④蜗杆凸轮转动一周即完成一个周期，一个周期后转盘端面上的滚子与凸轮脱离接触，下一个相邻的滚子又与凸轮的轮廓曲面开始接触，进入第二个循环周期，如此不断循环，从而将输入轴（蜗杆凸轮）的连续周期转动转变为输出轴时转时停、具有一定转位时间和停顿时间比的间歇回转运动，而且每次转动相同的角度。

⑤输入轴（蜗杆凸轮）每转动一周（360°）称为一个周期，在此周期时间内，凸轮分度器输出轴完成一个循环动作，包括转位和停顿两部分，两部分动作时间之和与输入轴转动一周的时间相等。上述一个工作周期也就对应机器的一个节拍时间。

（3）凸轮分度器典型工作循环

凸轮分度器的工作循环方式主要有如图4-23所示的两种：转位分度循环、摆动循环。

图4-23（a）所示为转位分度循环，它是工程上最典型而且大量采用的工作方式，箭头表示转位过程，黑点表示分度器停止一段时间，对应的分度器也称为转位分度循环驱动器。

图4-23（b）所示为摆动循环，箭头表示输出轴的往复摆动过程，黑点表示分度器停止一段时间，在摆动的起点及终点，输出轴作上下往复运动。摆动角度及上下运动行程可以根据设计需要进行设定、调整，也可以根据需要在摆动行程的中间点进行停留。对应的分度器也称为摆动循环驱动器，它的运动过程实际上是模仿典型的摆动式机械手的运动过程。

①转位分度循环驱动器　转位分度循环驱动器就是自动机械中通常所使用的普通凸轮分度器，大量用于各种自动化专机及自动化生产线，其要点为：

a.输入轴及输出轴的运动。凸轮分度器输入轴作连续周期性的转动，输出轴（与转盘连接在一起）按停顿—转位—停顿—转位—…的方式循环，也就是作间歇分度回转运动。通常输入轴转动一周，输出轴也同时完成一个工作循环，包括1个停顿动作+1个转位动作。

b.转位及停顿动作的意义。分度器每次转动一个固定的角度，角度大小等于两个工位之间的角度，因此转位动作实际上就是使自动化专机转盘上的定位夹具及工件按固定方向依次交换一个操作位置。而分度器的停顿动作实际上就是使自动化专机转盘各工位上方或侧面的各种操作执行机构同时对所在工位的工件进行装配、加工、检测等工序操作。

c.工件的工序过程。当转盘旋转一周（360°）后，所有工位上的工件都依次经过了机器上全部操作执行机构的各种装配、加工、检测等工序操作，也就是说由第一个工位上料开始的原始工件变成经最后一个工位卸料的成品或半成品。

d.工位数。凸轮分度器标准的工位数通常为2、3、4、5、6、8、10、12、15、16、20、24、32，一般选型时都选用标准的工位数，特殊工位数的分度器需要特殊定做，极少这样设计。

e.使用方法。这种分度器通常有两种使用方法，一种情况就是通常大量采用的在圆周方向间歇回转分度，另一种情况就是通过机构转换应用于链条输送线或皮带输送线上，作直线方向上的间歇输送，工程上第一种使用情况较多。

②摆动循环驱动器　摆动循环驱动器实际上就是一台二自由度的机械手，其输出轴的输出动作由摆动循环、摆动起点及终点的上下往复直线运动组合而成，这就是自动化装配中典型的“pick&place”运动循环。摆动循环驱动器在功能上实际上就是一种典型的摆动式搬运机械手。机械手虽然结构简单、制造成本低，在一般的自动化装配场合是很好的机构设计方案，但由于缺乏通用性，一般情况下都需要进行专门的设计，考虑设计、采购、装配、调试等各种制造费用，实际的制造成本也就不低了，而且还存在难以高速化、需要维护保养等缺点。随着制造产业不断升级，自动化装备不断向高速化、自动化、精密化方向发展，在部分要求高速度、高精度、高可靠性的场合机械手的应用就受到限制。有关的制造商设计制造了能够替代上述机械手功能的专门机构，并将其标准化、系列化、批量化生产，极大地方便了用户，这就是摆动驱动器的设计背景。