1、能介紹本程序能實(shí)現(xiàn)凸輪的順時(shí)針以及逆時(shí)針的不同旋轉(zhuǎn)方向，通過(guò)修改凸輪的參數(shù)（基圓半徑，升程 H，刀具半徑，升，遠(yuǎn)休角以及降等），能得到不同形狀的凸輪，對(duì)減距進(jìn)行設(shè)計(jì)。不過(guò)本程序NC 代碼生成時(shí)和圖形顯示一起實(shí)現(xiàn)，所以生成 NC 代碼時(shí)會(huì)比較慢，本人所以生成 NC 代碼是分開(kāi)無(wú) NC 代碼，絕對(duì)坐標(biāo)，相對(duì)坐標(biāo)生成，通過(guò)程序保存對(duì)程序另存。二引言盤(pán)狀凸輪（plate cam）：具有變化半徑盤(pán)狀體，從動(dòng)在垂直于凸輪的平面內(nèi)作移動(dòng)或擺動(dòng)。楔形移動(dòng)凸輪（wedge cam）：將盤(pán)形凸輪一個(gè)扇形部分繞在圓錐上-錐形凸輪，即在圓錐體上開(kāi)有曲線槽，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)與圓柱凸輪相同。柱狀凸輪（cylindrical c

2、am）：移動(dòng)凸輪繞在圓柱體上圓柱凸輪。實(shí)際上是在圓柱體上開(kāi)有曲線槽端面上做成曲面形狀，從動(dòng)件與在凸輪軸同一平面或平行平面內(nèi)移動(dòng)，擺動(dòng)。各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。 凸輪的分類(lèi) 凸輪按形狀分類(lèi)可以分為：在各種機(jī)械中，特別是自械和自動(dòng)控制裝置中，廣泛地應(yīng)用尖底從動(dòng)件（a knife edge follower）：點(diǎn)接觸，易磨損，傳力不大。2.滾子從動(dòng)件（aroller follower）：線接觸：磨損小，傳力大平底從動(dòng)件 （a flat-face follower）：平面接觸，接觸處易形成油膜，高速。往復(fù)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)（reciprocating）擺動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)（oscillating） 按鎖合方法分類(lèi)可以分

3、為：力封閉（彈簧 、重力） 形封閉（槽形、等寬矩形、等徑、共軛） 凸輪設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀凸輪機(jī)構(gòu)是能使從動(dòng)件按給定規(guī)律運(yùn)動(dòng)的高副機(jī)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)機(jī)械中。然而，由于凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，計(jì)算工作量大，凸輪輪廓的精度對(duì)輸出響應(yīng)影響大，凸輪加工較等原因，應(yīng)用范圍及應(yīng)用水平受到限制。傳統(tǒng)的盤(pán)形凸輪設(shè)計(jì)主要有圖解法和法，加工方法有手工線加工和數(shù)控銑削加工，大批量生產(chǎn)亦可采用仿形銑。圖解法直觀簡(jiǎn)單，但是手工作圖選取的等分?jǐn)?shù)有限、精度差。以此為基礎(chǔ)工畫(huà)線加 按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類(lèi)可以分為： 按從動(dòng)件與凸輪的接觸形式分類(lèi)可以分為：工的精度和加工表面精度都比較低。目前大多數(shù)凸輪的設(shè)計(jì)仍采用手工方法，以尖頂對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)

4、件的凸輪輪廓設(shè)計(jì)為例（本所解決）。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖二，要求生成對(duì)應(yīng)的凸輪輪廓，常用的方法是描點(diǎn)和擬合。對(duì)圖中水平線從動(dòng)件沒(méi)有升降運(yùn)動(dòng)的，可以在凸輪坐標(biāo)系中直接根據(jù)圓心，半徑，轉(zhuǎn)角畫(huà)出圓??；對(duì)斜線段，可用適當(dāng)?shù)膸讉€(gè)繞圓心均勻分布，半徑線性增加的節(jié)電連成曲線；對(duì)曲線段，可以求出盡可能多的結(jié)點(diǎn)連接成輪廓。手工從事這部分工作既麻煩又難保證精度，因此，對(duì)于從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜，精度要求高的凸輪，手工操作難以勝任。上述部分工作雖然可以借助專(zhuān)門(mén)的凸輪設(shè)計(jì)，但大多數(shù)一般用戶并不擁有這些。于是本人嘗試在法的基礎(chǔ)上用 vb 對(duì)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律編程，實(shí)現(xiàn)凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)，自動(dòng)生成 NC 代碼，供數(shù)控機(jī)床加工凸輪零件

5、。三.凸輪的設(shè)計(jì)原理本的設(shè)計(jì)就是根據(jù)工作要求選定合適的凸輪結(jié)構(gòu)的形式、推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和有關(guān)的基本尺寸，然后根據(jù)選定的推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)出凸輪應(yīng)有的輪廓曲線。其關(guān)鍵是根據(jù)工作要求選定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并運(yùn)用數(shù)學(xué)對(duì)運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行處理，以生成 NC 代碼，供數(shù)控機(jī)床使用。 確定各段推桿運(yùn)動(dòng)曲線推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要步驟是確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（見(jiàn)下圖）。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律主要由以下參數(shù)確定：從動(dòng)件行程 h、推程運(yùn)動(dòng)角 u、遠(yuǎn)休止角 s、回程運(yùn)動(dòng)角 d和進(jìn)休止角 0對(duì)于盤(pán)型凸輪，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周完成一個(gè)循環(huán)，即有：u+s+d+0=360一般，各個(gè)角度由機(jī)構(gòu)的使用要求決定，但通常可以進(jìn)行調(diào)整，使其獲得更優(yōu)的

6、性能。原則上，推程運(yùn)動(dòng)角 u 越大越好，可以減小推程的壓力角 ?；爻踢\(yùn)動(dòng)角 d 可以略小些，因?yàn)榛爻桃话悴皇枪ぷ餍谐?，壓力角可以大些。從?dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律示意圖 運(yùn)動(dòng)規(guī)律的類(lèi)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以用從動(dòng)件的位移 S、速度 V、加速度 a 以及躍度 j(j=da/dt)來(lái)表示，如上圖。常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的公式如下表(h 為行程，x=/u，0 x1)：名 稱(chēng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律公式備注等速S=hx剛性沖擊修正等速S=8hx2/3(0 x1/4)S=h(8x-1)/6(1/43/4)S=S=h1-8(1-x)2/3(3/4x1)柔性沖擊等加速-等S=2hx2(0 x1/2)S=h1-2(1-x)2(1/2x1)柔性3.運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特

7、征參數(shù)各運(yùn)動(dòng)規(guī)律的性能表現(xiàn)在速度最大值 vmax、加速度最大值 amax 和躍度最大值jmax 以及速度與加速度之積的最大值(va)max：vmax=Cvh/u2amax=Cah(/u)沖擊梯形加速度S=64hx3/9(0 x1/8)S=h(8x2/3-x/3+1/72)(1/8x3/8)S=h(-64x3/9+32x2/3-10 x/3+7/18)(3/8x5/8)S=h(-8x2/3+5x-97/72)(5/8x7/8)S=h(64x3/9-64x2/3+64x/3-55/9)(7/8x1)修正梯形加速度S=h2x-sin(4x)/2/(2+)(0 x1/8) S=h4x2-(-2)x+/

8、16-1/2/(2+)(1/8x3/8) S=h2(+1)x-/2-sin(4x-)/2/(2+)(3/8x5/8) S=h(7+2)x-4x2-33/16+1/2/(2+)(5/8x7/8) S=h2x+-sin(4x-2)/2/(2+)(7/8x1)余弦加速度S=h(1-cosx)/2柔性沖擊正弦加速度S=hx-sin(2x)/2/2修正正弦加速度S=hx-sin(4x)/4/(4+)(0 x1/8) S=h2+x-9sin(/3+4x/3)/4/(4+)(1/8x3/8) S=h4+x-sin(4x)/4/(4+)(7/8x1)2-3 多項(xiàng)式S=h(3x2-2x3)柔性沖擊3-4-5多項(xiàng)

9、式S=h(10 x3-15x4+6x5)4-5-6-7多項(xiàng)式S=h(35x4-84x5+70 x6-20 x7)3jmax=Cjh(/u)2(va)max=Cvah(/u)系數(shù)Cv、Ca、Cj、Cva 稱(chēng)作特征系數(shù)(見(jiàn)下表)。Cv=表示機(jī)構(gòu)存在剛性沖擊，Ca=表示機(jī)構(gòu)存在柔性沖擊。特征系數(shù) Cv、Ca、Cj、Cva 的可能的最小值見(jiàn)下表：特 征 系 數(shù)名 稱(chēng)適用場(chǎng)合CvCaCjCva等速1-低速輕載修正等速1.335.33/8.38/105.37.11/5.73低速重載等加速-等減速248中低速輕載梯形加速度25.3342.78.89高速輕載修正梯形加速度24.8961.48.09高速輕載余弦

10、加速度1.574.933.88中低速中載正弦加速度26.2839.58.18中高速輕載修正正弦加速度1.765.5369.55.46高速重載2-3 多項(xiàng)式1.563.463-4-5 多項(xiàng)式1.885.77606.69高速中載4-5-6-7 多項(xiàng)式2.197.5152.510.75高速中載 運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇原則一般總希望速度、加速度和躍度的最大值盡可能小，即希望這些特征值盡可能?。航档吞卣飨禂?shù) Cv 可減小壓力角和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸，降低從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)最大慣量；降低特征系數(shù)Ca 可降低從動(dòng)件的慣性力，減小接觸應(yīng)力和振動(dòng)。特別是在高速凸輪機(jī)構(gòu)中，更應(yīng)選擇較小的 Ca；降低特征系數(shù) Cj 可以降低機(jī)構(gòu)的振動(dòng)。

11、對(duì)高速凸輪機(jī)構(gòu)，一般要求位移 S 的三階導(dǎo)數(shù)躍度j 連續(xù)。降低特征系數(shù) Cva 可以減低凸輪軸上的轉(zhuǎn)矩。凸輪軸上的轉(zhuǎn)矩正比于速度與加速度之積。 其他限制條件1 ） 壓力角 ： 一般要求 ， 是許用壓力角u=30(直動(dòng)從動(dòng)件的推程)；d=70(直動(dòng)從動(dòng)件的回程)；特征系數(shù)可能最小值對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律備注(Cv)min1等速運(yùn)動(dòng)(Ca)min4等加運(yùn)動(dòng)(Cj)min32等躍度運(yùn)動(dòng)(Cva)min2.7對(duì)數(shù)運(yùn)動(dòng)最小值之間關(guān)系u=35(擺動(dòng)從動(dòng)件的推程)；d=70(擺動(dòng)從動(dòng)件的回程)。減小壓力角的措施：增大推程運(yùn)動(dòng)角 u 或回程運(yùn)動(dòng)角 d；增大基圓半徑 rb；改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律；選擇合適的偏置距 e。但平底從動(dòng)

12、件壓力角 =90，沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題2）凸輪輪廓變尖或失真：凸輪輪廓變尖或失真長(zhǎng)發(fā)生在滾子從動(dòng)件或平底從動(dòng)件的場(chǎng)合，尤其是平底從動(dòng)件更易發(fā)生輪廓變尖或失真。解決方法：增大推程運(yùn)動(dòng)角 u 或回程運(yùn)動(dòng)角 d；增大基圓半徑rb；減小滾子半徑 rr；改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律；等。根據(jù)實(shí)際我選用了比較常用和容易實(shí)現(xiàn)的五種曲線（兩大類(lèi)） 多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)取邊界條件為在起點(diǎn)處 三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律)從動(dòng)件的加速度余弦規(guī)律變化，其運(yùn)動(dòng)方程為：s h1 cos( / 0 ) / 2 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律)從動(dòng)件的加速度按正弦規(guī)律變化， 其運(yùn)動(dòng)方程為 ：其中：等速運(yùn)動(dòng)：極大的沖擊；等加速、

13、等：沖擊較大；余弦加速度運(yùn)動(dòng)：沖擊力較小；正弦加速度運(yùn)動(dòng)：沒(méi)沖擊。由于凸輪的曲線函數(shù)還有很多，如五項(xiàng)式、高次方、諧波等，在此設(shè)計(jì)的范圍，而對(duì)于凸輪的具體運(yùn)用場(chǎng)合如對(duì)心直推，偏置直動(dòng)推桿盤(pán)狀凸輪機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)推桿，平底推桿等情況也不予考慮，同時(shí)也忽略了對(duì)設(shè)計(jì)完成的凸輪的沖擊力情況的。 曲線的數(shù)學(xué)處理知道數(shù)控系般都只有直線和圓弧插補(bǔ)功能，對(duì)于非圓曲線輪廓，只有用直線或圓弧去近它。以下是幾種常用的近方法：1）等間距直線近法，2）等弦長(zhǎng)直線 近法，3）等誤差直線近法，4）圓弧近法。鑒于等間距直線近法比較簡(jiǎn)單、易懂，而其余三種方法非常復(fù)雜，故本人采用了等間距直線近法來(lái)作出曲線的形狀。等間距直線近法簡(jiǎn)介如下：

14、等間距直線近法是使每一個(gè)程序段中的某一個(gè)坐標(biāo)的增量相等。下圖表示加工一個(gè)凸輪時(shí)，x 坐標(biāo)按等間距分段時(shí)結(jié)點(diǎn)的分布情況。將x1x7 的值代入方程 y=f(x),可求得y1y14 的值，從而得到結(jié)點(diǎn)A1A14 的坐標(biāo)值。把 A1A2、A2A3A14A1 用直線連起來(lái)，即到曲線圖形。間距大小一般根據(jù)零件加工精度要求憑經(jīng)驗(yàn)選取。求出結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)后再驗(yàn)算近誤差是否小于允許值。等間距法計(jì)算簡(jiǎn)單，但由于取定的間距應(yīng)保證曲線曲率最大處的近誤差小于允許值，所以程序可能過(guò)多?？紤]到數(shù)控機(jī)床的精度一般為 0.1，在本中，我采用的間距為 0.1mm，即 x 軸每隔 0.1mm 取一個(gè)點(diǎn)，（如圖代碼，x(0),y(0)是指

15、所畫(huà)圓弧的開(kāi)始點(diǎn)，x(1),y(1)是終點(diǎn)，step0.1 指每 0.1 個(gè)畫(huà)一個(gè)點(diǎn)，利用循環(huán)語(yǔ)句畫(huà)出所要求曲線）( 以上是等加速編程的部分代碼) 如何得到 NC 加工代碼。要生成 NC 代碼，可以用 AutoCAD 內(nèi)嵌的 Autolisp 進(jìn)行轉(zhuǎn)化成DXF 文件，然后把此文件導(dǎo)入 MsterCAM 中生成NC 代碼。但這樣太麻煩了！由于題目的凸輪加工也比較簡(jiǎn)單，所以我決定用 VB 直接編寫(xiě)NC 代碼，以便本更加人性化。當(dāng)然了，編寫(xiě)出來(lái)的代碼，不能像 MasterCAM 生成的那樣完善。不過(guò)，無(wú)論你用哪種方法得到 NC 代碼，其主體部分肯定相同的。所以，對(duì)于自行編寫(xiě)出的 NC 代碼，我們稍加

16、修改也一樣可以達(dá)到目的。四設(shè)計(jì)的思路及步驟由于 Visual Basic 語(yǔ)言編程較為簡(jiǎn)單，界面友好，所以選用Visual Basic 進(jìn)行編程。本要實(shí)現(xiàn)的功能是接受用戶輸入，作出平面凸輪圖形，輸出 NC 代碼，并且界面友好方便，具體的步驟是： 設(shè)計(jì)用戶界面在 Visual Basic 6.0 中，界面的設(shè)計(jì)較為容易。由于本功能較為單一和集中，為了方便數(shù)據(jù)輸入，凸輪圖形的顯示和代碼進(jìn)行對(duì)比，本人決定把住窗體分為三部分，左邊為基本數(shù)據(jù)的輸入以及代碼的顯示，中間為凸輪平面圖的顯示，右邊則是數(shù)控加工基本參數(shù)的輸入。如下圖示: 生成凸輪圖形在中，提供了凸輪設(shè)計(jì)中所用到的最基本的四條曲線方程給用戶選擇，

17、曲線方程的重復(fù)無(wú)限次。其中的關(guān)鍵的如何把輸入的方程首尾相接，形成凸輪。而我是從凸輪的展開(kāi)圖入手的。因?yàn)橐斎氲那€都有一個(gè)共同特征，x=0 時(shí)，f(x)=0。所以編程時(shí)使上一次輸入曲線的末點(diǎn)坐標(biāo)成為下一次輸入曲線的原點(diǎn)，問(wèn)題就解決了，即如下代碼：x(0)=x(1)y(0)=y(1)（x(0),y(0)是指后一條曲線的開(kāi)始點(diǎn)，x(1),y(1)是指本次輸入曲線的終點(diǎn)，即把本次的終點(diǎn)賦給后段曲線始點(diǎn)）然后把展開(kāi)圖的直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為平面圖的極坐標(biāo)系即到凸輪真實(shí)的圖形。為了下一步 NC 代碼，所以定義了一個(gè)全局靜態(tài)數(shù)組把作圖時(shí)得到的點(diǎn)保存起來(lái)。（見(jiàn)主要程序說(shuō)明或所附源程序） NC 加工代碼生成有了上面

18、留下來(lái)的點(diǎn)的數(shù)值就可以很方便編寫(xiě) NC 代碼了。思路是，在 NC 代碼的頭尾編寫(xiě)與數(shù)控實(shí)際加工有關(guān)的參數(shù)，如坐標(biāo)的選擇，刀具半徑，主軸轉(zhuǎn)速等等。因?yàn)槭遣捎玫乳g距直線插補(bǔ)，所以代碼的中間部分就直接取出上面的點(diǎn)的坐標(biāo)就可以了，在 VB 中以循環(huán)的方法就可以很容易實(shí)現(xiàn)。如代碼：四主流程圖開(kāi)始導(dǎo)出平面圖生成曲線圖和平面圖導(dǎo)出曲線圖輸入該運(yùn)動(dòng)規(guī)律基本參數(shù)選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律輸入基本參數(shù)選擇完畢？ 結(jié)束六主要模塊程序說(shuō)明1.判斷基本參數(shù)的輸入2.坐標(biāo)生成3.畫(huà)升程和遠(yuǎn)休弧顯示 NC 代碼導(dǎo)出 NC 代碼輸入數(shù)控參數(shù)4 畫(huà)回及近休?；?.NC 代碼顯示6.NC 代碼導(dǎo)出七使用說(shuō)明及測(cè)試1.輸入基本參數(shù)2.輸入曲線參數(shù)3.顯示基本參數(shù)和圖形4.NC 加工參數(shù)輸入5.導(dǎo)出代碼八設(shè)計(jì)小結(jié)在本次數(shù)控的課程設(shè)計(jì)中，遇到很多，但通過(guò)查找書(shū)本和參照別人的經(jīng)驗(yàn)，都一一的解決了。其中感受最深的是 VB 基礎(chǔ)不好，。不過(guò)不僅讓我對(duì)數(shù)控的加工有了深一步的認(rèn)識(shí)，還提高自己的編程水平。本本人認(rèn)為界面還不夠友好，方便，不過(guò)功能較為齊全，在曲線范圍內(nèi)還可以畫(huà)其他形狀的圖像。但是還有很多，由于畫(huà)凸輪的函數(shù)式有限，缺乏具體分析其函數(shù)式的組合情況，有時(shí)生成的凸輪曲