1、一、緒論1凸1輪機構(gòu)概述1凸2輪機構(gòu)課題研究背景及意義1凸3輪三維造型技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r3二、基于特征的凸輪機構(gòu)CAD開發(fā)的程序設(shè)計32、1系統(tǒng)開發(fā)平臺32、2盤形凸輪基圓半徑的確定32、3設(shè)計凸輪輪廓曲線42盤形凸輪52舉例及應(yīng)用一偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計7三、實例模型基于凸輪機構(gòu)CAD特征的三維設(shè)計與實現(xiàn)83、1盤形凸輪輪廓設(shè)計83、2凸輪機構(gòu)動態(tài)模擬14四、總結(jié)15五、參考文獻16 緒論1、1凸輪機構(gòu)概述低副機構(gòu)一般只能近似地實現(xiàn)給定運動規(guī)律，而且設(shè)計較為復(fù)雜。當(dāng)從動件的位移、速度和加速度必須嚴(yán)格地按照預(yù)定規(guī)律變化，尤其當(dāng)原動件作連續(xù)運動而從動件必須作間歇運動時，則以采用凸輪

2、機構(gòu)最為簡便。凸輪機構(gòu)由凸輪、從動件或從動件系統(tǒng)和機架組成，凸輪通過直接接觸將預(yù)定的運動傳給從動件。凸輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，可以準(zhǔn)確實現(xiàn)要求的運動規(guī)律等優(yōu)點。只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律。在各種機械，特別是自動機械和自動控制裝置中，廣泛地應(yīng)用著各種形式的凸輪機構(gòu)。凸輪機構(gòu)之所以能在各種自動機械中獲得廣泛的應(yīng)用，是因為它兼有傳動、導(dǎo)引及控制機構(gòu)的各種功能。當(dāng)凸輪機構(gòu)用于傳動機構(gòu)時，可以產(chǎn)生復(fù)雜的運動規(guī)律，包括變速范圍較大的非等速運動，以及暫時停留或各種步進運動；凸輪機構(gòu)也適宜于用作導(dǎo)引機構(gòu)，使工作部件產(chǎn)生復(fù)雜的軌跡或平面運動；當(dāng)凸輪機構(gòu)用作控制機構(gòu)時，可以控制執(zhí)

3、行機構(gòu)的自動工作循環(huán)。因此凸輪機構(gòu)的設(shè)計和制造方法對現(xiàn)代制造業(yè)具有重要的意義。1、2凸輪機構(gòu)課題研究背景及意義早期的工程技術(shù)人員大多采用作圖法繪制凸輪輪廓，這種方法的效率低、精度差、很難精確地得到壓力角和曲率半徑等設(shè)計參數(shù)。在CAD二維設(shè)計階段，CAD的作用僅僅是使工程人員得以擺脫煩瑣、精度低的手工繪圖，可重復(fù)利用已有的設(shè)計方案。而如今的CAD三維設(shè)計與CAM集成化，使工程人員可以從三維建模開始，進行產(chǎn)品構(gòu)思設(shè)計和制圖，實現(xiàn)了設(shè)計數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)缴a(chǎn)的過程，大大簡化了手工工作環(huán)節(jié)。由于計算機技術(shù)和各種數(shù)值計算的發(fā)展，使得很多方面的研究得以深入。利用參數(shù)化技術(shù)三維CAD可以繪制精確的凸輪。參數(shù)化設(shè)

4、計具有造型精確，造型速度快，避免了手工取點造型的復(fù)雜過程，完成三維實體模型可以不斷的修改的特點。由于電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在某些設(shè)備的控制元件可以采用電子元器件，但他們一般只能傳遞較小的功率，而凸輪機構(gòu)卻能在實現(xiàn)控制功能的同時傳遞較大的功率。因此，凸輪機構(gòu)在生產(chǎn)中具有無可替代的優(yōu)越性，尤其在高速度、高精度傳動與分度機構(gòu)及引導(dǎo)機構(gòu)中，更有突出的優(yōu)點?？梢哉f，對凸輪機構(gòu)的進一步研究，特別是對高速凸輪機構(gòu)及其動力學(xué)問題的進一步研究，是長期、持續(xù)并有重大意義的工作?，F(xiàn)代三維CAD已經(jīng)輻射到對整個制造企業(yè)生產(chǎn)、管理進行全方位的輔助，對制造業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。1、3凸輪三維造型技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩rCAD技

5、術(shù)是先進制造技術(shù)的重要組成部分，利用CAD技術(shù)可以起到提高企業(yè)的設(shè)計效率、優(yōu)化設(shè)計方案、減輕技術(shù)人員的勞動強度、縮短設(shè)計周期、加強設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化等作用。本文在研究基于特征的三維CAD理論的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一個擴充性、開放性、復(fù)用性和維護性良好的CAD軟件系統(tǒng)。并在CAD技術(shù)理論和CAD軟件體系結(jié)構(gòu)上，做出了許多具有重要意義的工作。本課題利用了基于Windows平臺開發(fā)的VisualBasic語言來進行凸輪的參數(shù)化設(shè)計。程序的目的就是在VisualBasic中輸入凸輪的有關(guān)參數(shù)，由SolidWorks2005來自動生成凸輪實體。程序提供了良好的輸入界面，操作簡單、方便。與以往的手工凸輪設(shè)計相比較，參

6、數(shù)化的設(shè)計方法具有效率高，凸輪輪廓精度高，設(shè)計時間短等特點。二、基于特征的凸輪機構(gòu)CAD開發(fā)的程序設(shè)計2、1系統(tǒng)開發(fā)平臺電子圖板（下稱）是一個通用的二維軟件，它有一個很好的功能-畫公式曲線，只要在公式曲線的對話框中填入曲線公式及相關(guān)參數(shù)就可以畫出曲線。這樣就可以很容易地完成凸輪廓形曲線的設(shè)計，而無需任何形式的語言編程。下面介紹作圖法設(shè)計盤形凸輪的過程，其中的所有作圖過程完全是在上交互作圖完成。已知推桿運動規(guī)律、最大行程或少以及升程許用壓力角a和回程許用壓力角a,用作圖法設(shè)計盤形凸輪輪廓有兩個步驟先要確定凸輪基圓半徑，然后再求凸輪輪廓廓形。2、2盤形凸輪基圓半徑的確定2、2、1直動推桿盤形凸輪的

7、最小基圓半徑首先在直角坐標(biāo)系中作曲線6其中6,6為凸輪轉(zhuǎn)角。此曲線可用的公式曲線功能來實現(xiàn)。其次作兩條直線與軸成升程許用壓力角a和回程許用壓力角a,且與所作曲線相切，則有交點，那么就有，如圖1所示。圖1中陰影部分為凸輪回轉(zhuǎn)中心的可行區(qū)。以此為基礎(chǔ)將偏心距e及進行圓整，就可確定基圓半徑，即取0=122擺動推桿盤形凸輪的最小基圓半徑由文獻1可知，先在直角坐標(biāo)系中作曲線1pcos0P=sin0且p=160=e其中擺桿的擺角少=6）為擺桿的長度。如圖所示，用的圓形陣列畫法過點在最大擺動角做條等分射線，與曲線的推程和回程段分別交于、點。再過點做直線與直線成0角（0=90a1）,過點做直線nn與直線成01

8、角01=90a則圖中的陰影部分為凸輪回轉(zhuǎn)中心的可行區(qū)，且1=0以此為基礎(chǔ)將1及中心距進行圓整，就可得到基圓半徑0=。2設(shè)計凸輪輪廓曲線當(dāng)確定了凸輪基圓半徑0并已知推桿運動規(guī)律及盤形凸輪輪廓曲線的解析公式1就可用中的公式曲線功能來畫出凸輪輪廓曲線。231直動滾子推桿盤形凸輪設(shè)計先作出滾子中心的理論輪廓曲線。=0+6cos6=0+6+eossin6其中，因為工作廓線與理論廓線在法線方向的距離處處相等，且等于滾子半徑。那么工作廓線為理論廓線的等距線。為了確定滾子半徑，用三點畫圓的畫法在理論輪廓曲線曲率最大的位置取三點求出pin使=0pin這樣一來，在中作出理論廓線，再用中的畫等距線的功能畫出工作廓線

9、（距離為），則完成了該凸輪的輪廓曲線設(shè)計。2、3、2對心平底推桿(平底與推桿軸線垂直)盤形凸輪設(shè)計根據(jù)反轉(zhuǎn)法作圖法可知，推桿平底與凸輪切點的軌跡為凸輪的輪廓曲線。此時，平面凸輪機構(gòu)壓力角與凸輪的基圓半徑及從動件的運動規(guī)律無關(guān)。基圓半徑由實際工作情況決定，其廓形曲線的解析方程為：X=(0s)sCn(6)cos6Y=(0s)c6s(6)sin6式中二6()。23擺動滾子推桿盤形凸輪設(shè)計已知擺桿的長度L,擺桿運動規(guī)律少=少(6)。先由上述方法確定基圓0以及中心距a。然后作出滾子中心點的理論輪廓曲線，曲線方程如下：X二asin6Lsin(6(p(p0)Y二acos6Lcos(6(p(p0)利用繪出理論

10、廓線后，再確定滾子半徑的數(shù)值，然后做它的等距線，則為此凸輪的實際輪廓曲線。有了凸輪廓形曲線之后，再進行其結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸標(biāo)注等工作就完成了凸輪設(shè)計。2盤形凸輪盤形凸輪的廓形曲線為二維曲線，可采用兩軸聯(lián)動的數(shù)控銑(或加工中心)、線切割機床加工，其加工程序可采用通用的軟件自動編制。本文選用X系列軟件中的數(shù)控銑(LL及線切割()進行加工程序編制。24數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換X的圖形文件格式為。由于開發(fā)時間的先后及版本不同,不同版本的圖形文件不一定能被系列的軟件直接讀取。因此圖形數(shù)據(jù)應(yīng)使用接口進行交換。先在中將圖形用數(shù)據(jù)接口中的命令以格式輸出，然后在軟件中用數(shù)據(jù)接口中的命令讀入。盡管的圖形可能是用某一個非的比例繪制的,

11、但其轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)仍是的原始數(shù)據(jù)，這就可以保證由軟件生成的代碼所加工的凸輪尺寸的正確性。24加工代碼的生成當(dāng)用軟件從的圖形文件中讀入了凸輪廓形曲線數(shù)據(jù)之后，就可以進行加工程序編制。其過程如下：先交互指定欲加工的廓形曲線及走刀方向、加工側(cè)，并給出加工參數(shù)，計算機自動計算出刀位軌跡；必要時可以對生成的刀位軌跡進行編輯修改，在計算機屏幕上進行加工過程仿真；最后根據(jù)選用的數(shù)控機床交互輸入后置處理數(shù)據(jù)，計算機自動生成加工代碼。線切割加工有快走絲、慢走絲兩種不同類型的控制系統(tǒng)（機床）。國產(chǎn)快走絲機床采用格式代碼程序，而慢走絲機床采用代碼程序。因此，應(yīng)用一軟件編制凸輪廓形線切割程序時，若用快走絲加工，不需填寫

12、后置處理參數(shù)表；若用慢走絲機床，則要按的通用后置輸入?yún)?shù)值。采用數(shù)控銑加工凸輪廓形時，應(yīng)用編寫加工程序，當(dāng)指定了欲加工的廓形曲線后，應(yīng)輸入加工參數(shù)，如刀具參數(shù)、加工精度、插補方式等。的后置處理是一個通用后置，使用時應(yīng)按所選機床輸入相關(guān)的參數(shù)。使用系列軟件編寫加工程序非常簡單，本文不作詳述。2、舉例及應(yīng)用設(shè)計一偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)。凸輪角速度31=1d逆時針轉(zhuǎn)向，推桿最大行程=2，凸輪推程運動角50=120，運動規(guī)律為正弦加速度運動，遠(yuǎn)休止角501=60，凸輪回程運動規(guī)律為余弦加速度運動，回程運動角度5=120，近休止角502=60，許用壓力角a1=30、a2=60。(1)確定理論輪廓曲

13、線的基圓半徑由前述方法，作出確定基圓半徑的曲線。推程：=25(3n5(3n2=2515(3t23(0W5W2n3回程：X=251+c5o/s2)(3/2=n5(32n(0W5W2n3用做圖可得0=1=15且581點=11.41。6凸取凸整后可在可行區(qū)內(nèi)取一點0=20、=10。凸則S0=132(2)做凸輪的輪廓曲線凸輪的理論輪廓曲線方程為分段方程推程：X=1732+255n(35(3n25105Y=17.32+25n(35(3n25105式中0W5W2n/3。回程X=1732+2515n(2(2510c5oY=17.32+2515+n(2(25O5式中nlMfj二軽二-S耐曲ZH斟HFrt*M理

14、翩Aaltt藍(lán)益爵畫麥器器黑墨鑒霊益鸞票雲(yún)盥器鱉監(jiān)舉夢査釁釁曲囂第泄?jié)G購脯窗品鴛隔ntlrfflMi粘間曄眸陣業(yè)松曲油閩翔塔呻-HH弼胡刪聞囲俚霸翩卿迪噩雷據(jù)姿魁黑芻幽鮒盤益噩茲餐誘釁尊建瓷盟層鑒蠢幣鞋魁n;一猛鸞爲(wèi)誥鱉蠶鑒蠡雷蠹瓷嚮鷲瑩蹲舉礬蕊需怨爆.號紹緩露監(jiān)鬻蘭=霆淙篆蠡!霜第笳譲第酥-麗Hi鋼呻曲仰偽曲甜誦愚隠曲備甜鴇rmWK44工何審陽円即対T?翔曲詡蝎即娜M斜然用*!+二K盤*T矇輸榦叢專農(nóng)界輕“二協(xié)豔bb器融纂豐一一翳二忑儘麒核柵陰第翱器希顯鑑擦發(fā)盂期需豐一花一*喙第邃彖*華+:二怎慕:瓷翦蠢鑒參墨器囂釁來M糞薜出一鬻常總鬻紳韻黑專穢一雷盂豊蒙鑿媲鵡算曹二欣珂梯曲詢彌曲兇塢呻蠅碰

15、M跑丹*竺一-+*黑需蠢攥叢霧專珂蘭霜蠶疊樹黑霜熏矗藍(lán)工Xndte血希盈捕牡嵌沁祐慫百軸胡錘卿ST海櫛彌M如讀堆懈艸絆血糜極盞碑豐理器常環(huán)籃鑑據(jù)盥鸞芻暑亀螫鑒邁朋圈錢吆孩MH監(jiān)噩姦鑒專瑟益薙鑒螯趕齡囂餐刼監(jiān)H稽鑒卿摳袖S1捕齡絲中輛林我嚴(yán)邈瑋班血址鑒需豔就蠶翠毅鑿e倉盥曲器沁貌l_r:=-rIxlLru二十凸lur-l】尸：11ftf.riit14*Eftr111&JNNInsF 4、繪制凸輪工作輪廓打開捕捉。用“NURBSCurve/PointCurve”命令依次捕捉輔助桿件的端部位置，并畫平滑曲線即凸輪輪廓曲線。如圖6所示。用“Extrude”命令拉伸曲線，得盤形凸輪。如圖7。I!：=+!

16、：tfeMH：+i=i:：S?5Eza3Kzsgi：-I：JS冬哎壬芟愛號Hd仝鼻比卒冬出僅合仝我土豈抽:秣課禰m谿和博a雅5FF*i；小艸和曲，做和+t生竊悴二二乂丫二二崔第1-44賞1*也!E展*掃EI-5ffTffl壬P龍耳BK731札0；*石y.a3“丄口：列圖73、2凸輪機構(gòu)動態(tài)模擬建立凸輪機構(gòu)運動模型，可以將凸輪與從動件的轉(zhuǎn)動與往復(fù)移動分別按各自的運動規(guī)律設(shè)置成動畫，并且使兩個構(gòu)件在初始狀態(tài)處于正確的相對位置。這樣，當(dāng)動畫打開后，屏幕上所顯示的就儼然是凸輪的轉(zhuǎn)動帶動從動件往復(fù)移動了。由上面可知，從動件已經(jīng)是按要求的運動規(guī)律在360o范圍內(nèi)上下往復(fù)運動?，F(xiàn)在要做的是讓凸輪轉(zhuǎn)動起來。將

17、所有構(gòu)件置于初始的正確相對位置，并將凸輪用“SelectandLink”命令鏈接在基圓上，然后在“TrackView”中，編輯基圓繞Z軸的轉(zhuǎn)動曲線，使其在360o范圍內(nèi)做勻速轉(zhuǎn)動。這樣，凸輪就隨基圓作勻速轉(zhuǎn)動了。讓凸輪轉(zhuǎn)動的另一種方法是將凸輪的幾何中心移到基圓的中心位置，并在“TrackView”中，編輯凸輪繞Z軸的轉(zhuǎn)動曲線，使其在360o范圍內(nèi)做勻速轉(zhuǎn)動。這樣，凸輪就作勻速轉(zhuǎn)動了。四、總結(jié)基于CAD圖解法設(shè)計盤形凸輪機構(gòu)，具有以下幾方面的優(yōu)點：、1避免了利用解析計算方法繁瑣的編程過程；、2避免了圖解法用比例畫圖、量取線段作圖，既提高了效率，又提高了精確度；、3在凸輪輪廓設(shè)計基礎(chǔ)上，進行機構(gòu)運動模型的建立，方法簡便，效果甚佳；