基于proe的弧面分度凸輪的參數(shù)化設(shè)計與優(yōu)化【帶PROE三維+畢業(yè)論文】,基于,proe,分度凸輪,參數(shù)化,設(shè)計優(yōu)化,proe三維,畢業(yè)論文,基于proe的弧面分度凸輪的參數(shù)化設(shè)計 1 基于 弧面分度凸輪的參數(shù)化設(shè)計與優(yōu)化 加工 目錄 摘要 ................................................................ 2 .......................................................... 3 目錄 ................................................................ 1 第一章 緒論 ....................................................... 4 引言 ...................................................... 4 弧面分度凸輪研究現(xiàn)狀及特點 ................................ 4 弧面分度凸機構(gòu)的國外研究現(xiàn)狀 ......................... 4 弧面分度凸機構(gòu)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ......................... 5 未來研究趨勢 ......................................... 5 本課題的研究方法 .......................................... 6 第二章 弧面分度凸輪機構(gòu)運動參數(shù)與幾何尺寸設(shè)計 ..................... 7 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù) ............................ 7 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要幾何尺寸 ............................ 9 第三章 弧面分度凸輪機構(gòu)的三維建模及裝配 .......................... 13 弧面分度凸輪三維實體造型 ................................. 13 弧面分度凸輪建模思想 ................................ 13 建立凸輪實體 ........................................ 13 建立 1.................................. 13 建立 2.................................. 16 建立 2.................................. 16 建立 3.................................. 17 建立分度盤停歇期凸輪廓面曲線 ........................ 18 建立凸輪曲面實體 .................................... 19 其余特征建立工作 .................................... 19 分度盤三維模 型的建立 ..................................... 20 模型裝配 ................................................. 21 第四章 弧面分度凸輪的數(shù)控加工技術(shù)研究 ............................ 22 弧面分度凸輪加工機械和加工方法 ........................... 22 雙回轉(zhuǎn)坐標(biāo)的數(shù)控銑削加工 ............................ 22 用 5坐標(biāo)加工中心加工弧面凸輪 ........................ 22 弧面分度凸輪的數(shù)控加工仿 真 ............................... 23 第五章 總結(jié)與展望 ................................................ 25 總結(jié) ..................................................... 25 ....................................................... 25 致 謝 .............................................................. 26 參考文獻(xiàn) ........................................................... 27 2 摘要 本文以弧面分度凸輪為研究對象，重點研究了弧面分度凸輪的空間三維造型，裝配，數(shù)控加工技術(shù)及加工仿真和動態(tài)檢測。 本文在已推導(dǎo)出弧面分度凸輪輪廓面方程的基礎(chǔ)上，應(yīng)用三維設(shè)計軟件e，根據(jù)所選擇凸輪運動軌跡特征，以及所選凸 輪參數(shù)編寫凸輪輪廓曲線方程，由曲線構(gòu)成曲面，最后完成弧面分度凸輪機構(gòu)的三維建模，同時對所設(shè)計部件進(jìn)行組裝，檢測干涉，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷。 接著對弧面分度凸輪機構(gòu)加工理論和方法進(jìn)行分析研究，應(yīng)用 e 塊的已建立的三維實體的基礎(chǔ)上實現(xiàn)弧面分度凸輪數(shù)控加工仿真，生成刀位數(shù)據(jù)文件和加工程序可以實現(xiàn)弧面分度凸輪的數(shù)控加工。 通過綜合研究，實現(xiàn)了弧面分度凸輪機構(gòu)三維設(shè)計、數(shù)控加工、動態(tài)測試一體化研究理論和技術(shù)，為該機構(gòu)的廣泛應(yīng)用提供了方法和手段。 關(guān)鍵詞： 弧面分度凸輪機構(gòu)； e 三維建模；數(shù)控加工仿真； 動態(tài)檢測 f 3 n e AM on D C of In on AM d e,AM,AM AM d by in of am is of am is ro/e NC to be of d NC is in a s ro/e 3d c he 4 第一章 緒論 引言 弧面分度凸輪機構(gòu)（又稱滾 子齒形凸輪分度機構(gòu)、蝸桿式凸輪機構(gòu)、?？松瓩C構(gòu)）。屬于空間凸輪機構(gòu)，它由一個帶凸脊的弧面分度凸輪和在徑向放射狀等分地裝有滾子的分度盤組成，如圖 1]。 圖 面分度凸輪機構(gòu) 1 2弧面分度凸輪機構(gòu)用于兩垂直交錯軸間的間歇分度步進(jìn)傳動，如圖 動凸輪 1的基體為圓弧回轉(zhuǎn)體，凸輪輪廓制成凸脊?fàn)?。分度盤 2上裝有若干個沿轉(zhuǎn)盤圓周均勻分布的滾子，滾子的軸線沿轉(zhuǎn)盤的徑向線。當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)時，其分度段輪廓推動滾子，使轉(zhuǎn)盤分度轉(zhuǎn)位 [2]。 弧面分度凸輪研究現(xiàn)狀 及特點 弧面分度凸機構(gòu)的國外研究現(xiàn)狀 在國外，有一批學(xué)術(shù)界和工程界的學(xué)者專家專門從事凸輪機構(gòu)的研究 ; 如美國、日本、英國、德國、俄羅斯、瑞士等國家在弧面分度凸輪機構(gòu)理論、幾何學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)、嚙合原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、凸輪廓面加工、 得了一定的研究成果。 在這些發(fā)達(dá)國家己經(jīng)形成了一些專業(yè)化的凸輪公司，如美國的 5 日本的東芝精機、三共公司、山口公司等。 在日本，以牧野洋教授為代表的一批專家學(xué)者，在上世紀(jì) 70年代末到 80年代，對凸輪機構(gòu)的深 入研究促使了日本一批專門從事凸輪工作的公司的建立，如三共公司、東芝精機、山口 (司等，形成了他們自己的標(biāo)準(zhǔn)化系列化產(chǎn)品，成立了日本凸輪工業(yè)協(xié)會。 德國 表了空間凸輪加工設(shè)備的世界先進(jìn)水平 [3]。 弧面分度凸機構(gòu)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 在臺灣： 1．臺灣成功大學(xué)學(xué)者顏鴻森教授一直研究并提出了弧面分度凸輪機構(gòu)的輪廓方程和曲率計算等相關(guān)理論 ;為了提高弧面凸輪機構(gòu)的傳動性能，他們又研究了伺服系統(tǒng)與凸輪機構(gòu)集成的相關(guān)理論，從而將凸輪機構(gòu)的剛 性和伺服系統(tǒng)的柔性緊密結(jié)合，實現(xiàn)高精度平穩(wěn)運動； 2． 為了減少弧面凸輪機構(gòu)的振動，提高分度精度，臺灣國立中山大學(xué)學(xué)者在弧面分度凸輪機構(gòu)輸入軸上設(shè)計了一個扭矩平衡裝置； 3．臺灣清華大學(xué)學(xué)者利用矢量法研究計算凸輪輪廓方程； 4．臺灣國立中山大學(xué)通過實驗和數(shù)值模型研究了滾子嚙合間隙和凸輪廓面曲線對弧面凸輪機構(gòu)輸出動態(tài)特性的影響，從而為設(shè)計高精度凸輪機構(gòu)提供了理論基礎(chǔ) [3~5]。 在大陸： 1．天津大學(xué)楊玉虎、張策老師為了克服現(xiàn)有分度機構(gòu)受分度數(shù)限制的現(xiàn)狀，提出了一種分度數(shù)較大的新型分度機構(gòu)； 2．上海交通大學(xué)學(xué) 者鄒慧君、郭為忠研究了空間凸輪廓面新的設(shè)計方法和加工誤差補償問題，為提高凸輪設(shè)計和制造精度提供了理論依據(jù)； 3．陜西科技大學(xué)彭國勛、曹巨江、曹西京、葛正浩等教授長期從事凸輪機構(gòu)研究，他們研究并開發(fā)了簡諧梯形組合運動規(guī)律，該運動規(guī)律將多種運動規(guī)律(如修正等速、修正正弦、修正梯形等等 )統(tǒng)一于一個無因次數(shù)學(xué)模型，為不同凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)和思想方法，并建立了平面和空間凸輪廓(線 )面的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型； 1992 年研制出了國內(nèi)第一臺弧面凸輪專用數(shù)控銑床( 顯英等研 究了弧面分度凸輪的設(shè)計和數(shù)控加工； 相凸輪激波的復(fù)式滾動活齒傳動的設(shè)計制造技術(shù)研究”獲得 2004年國家自然科學(xué)基金立項 [3~5]。 未來研究趨勢 弧面分度凸輪機構(gòu)有著其它分度機構(gòu)不可替代的優(yōu)越性 ,其結(jié)構(gòu)簡單、高速度高精度等優(yōu)點使它將逐步取代棘輪、槽輪機構(gòu)等 ,成為有著廣闊發(fā)展前景的一種間歇分度或步進(jìn)傳送機構(gòu)?？v觀弧面分度凸輪機構(gòu)發(fā)展的歷史以及近年的發(fā)展現(xiàn)狀 ,今后我國弧面分度凸輪機構(gòu)的研究重 點應(yīng)在如下幾個方面 [3~6]： (1)新型點嚙合傳動的弧面分度凸輪機構(gòu)的研究； (2)弧面分度凸輪的動態(tài)特性及其仿真研究依然是研究熱點； (3)高效率、高精度弧面分度凸輪曲面加工及磨削機床或裝置的研制； 6 (4)引入專家系統(tǒng)或人工智能型弧面分度凸輪機構(gòu) (5)基于 (6)弧面分度凸輪機構(gòu)新結(jié)構(gòu)的研制； (7)弧面分度凸輪機構(gòu)精度指標(biāo)體系的制定、修改和完善以及檢測原理和儀器的研究及制造。 本課題的研究方法 按個人思路， 研究路徑如下 : 1）對弧面分度凸輪機構(gòu)的運動參數(shù)和幾何參數(shù)進(jìn)行分析研究，求得相關(guān)參數(shù)的計算公式； 2）對弧面分度凸輪工作廓面進(jìn)行研究，應(yīng)用空間包絡(luò)曲面的共軛原理進(jìn)行設(shè)計計算，推導(dǎo)出與從動轉(zhuǎn)盤上滾子圓柱面共軛的弧面分度凸輪工作曲面方程式； 3）根據(jù)所推導(dǎo)的弧面分度凸輪工作廓面方程，編寫程序，借助 成弧面分度凸輪的三維設(shè)計； 5）完成弧面分度凸輪機構(gòu)的裝配工作，進(jìn)行裝配模式下的干涉檢查，然后在 e 行弧面分度凸輪機構(gòu)運動仿真與分析； 6） e 完成加工誤差的誤差檢測等； 7 第二章 弧面分度凸輪機構(gòu)運動參數(shù)與幾何尺寸設(shè)計 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù) 根據(jù)如下運動規(guī)律圖，選擇主要運動參數(shù) (如表 2 圖 弧面分度凸輪運動規(guī)律曲線 表 2 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù)及計算 項目 計算公式與說明 計算結(jié)果及所選參數(shù) 凸輪角速度s? 1= n/30??11 = 3 0 0 / 3 0 1 0 s? ? ? ???分度期轉(zhuǎn)角f?=(° ) 常用的為 120° 在滿足動停比 k 的要求下，宜取較大f?選定f?=120° 8 凸輪停歇期轉(zhuǎn)角d?/(° ) d?=360° -f?d?=360° =240° 凸輪角位移? /(° ) 以凸輪分度期開始處作為 ? =0，計算步長為 1° 凸輪和轉(zhuǎn)盤的分度期時間ft/s f f 1t = /?? ( 2 / 3 ) / 1 0 1 / 1 5 s??? 凸輪和轉(zhuǎn)盤的停歇期時間dt/s 1= (2 / ) ? 此式僅適用于凸輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)時 = ( 2 / 1 0 ) 1 / 1 5 2 / 1 5 ?? 凸輪分度廓線旋向及旋向系數(shù) p p=+1； p=用左旋 L， p=+1 凸輪分度廓線頭數(shù) H 單頭 H=1，雙頭 H=2； H≥ 3較少用 選用 H=1 轉(zhuǎn)盤分度數(shù) I 用的有； 3、4、 5、 6、 8、 10、 12、16 按設(shè)計要求，選定 I=8 轉(zhuǎn)盤滾子數(shù) z z=般常用的 、 8、 10、 12、 16 z=1× 8=8 轉(zhuǎn)盤分度期 運動規(guī)律 常用的有：正弦加速度、改進(jìn)正弦加速度、改進(jìn)梯形加速度、改進(jìn)等速等 選用改進(jìn)正弦加速度 轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)位角f?/(° ) f?=360° /I f?=360° /8=45° 轉(zhuǎn)盤分度期角位移i?/(° ) i?=為所選運動規(guī)律的無因次位移 / / 1 2 00 1 / 8 ( 0 1 5 )4 5 1( s i n 4 )441 / 8 7 / 8 ( 1 5 1 0 5 )4 5 9 42 s i n ( )4 4 37 / 8 1 ( 1 0 5 1 2 0 )4 5 1( 4 s i n 4 )44? ??? ? ?????????? ? ????? ? ? ????? ? ? ????? ? ???? ??? ? ? ?? ? ?? 9 轉(zhuǎn)盤分度期角速度 s?2?=f?V/所選運動規(guī)律的無因次速度 2222222/ 4 1 51 / 1 5 4/ 1 2 0 , 0 1 / 815(1 c o s 4 )4 ( 4 )1 / 8 7 / 81 5 41 3 c o s ( )4 ( 4 ) 37 / 8 115(1 c o s 4 )4 ( 4 )??????? ? ?????????? ? ?????????????? ???????轉(zhuǎn)盤與凸輪在分度期的角速度比21/??最大角速比2 1 )??轉(zhuǎn)盤分度期的角位移i?、角速度2?、角加速度2?和角躍度2 的曲線圖 21/??=f?V/f?2 1 )??=f? f?222 m a x m a x 1 /? ? ?? 332 m a x m a x 1 /? ?? 對改進(jìn)正弦加速度規(guī)律 m a x m a xm a 7 6 = 5 = 6 9 . 4 7 - 2 3 、，曲線圖如圖 示 212121214 5 3/1 2 0 8/ 1 2 0 , 0 1 / 83/ (1 c o s 4 )8 ( 4 )1 / 8 7 / 834/ 1 3 c o s ( )8 ( 4 ) 37 / 8 13/ (1 c o s 4 )8 ( 4 )??? ? ??? ? ?????? ? ????? ? ?????????????? ???????動停比 K，運動系數(shù) ? / , / ( )f d f f dk t t t t t?? ? ? 1 / 1 5 0 . 5 , 1 / 32 / 1 5k ?? ? ? 重疊系數(shù) ? 1 ( / )f?? ? ??? ? =1+（ 28/120） = 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要幾何尺寸 凸輪幾何參數(shù)示意圖（如圖 所標(biāo)注參數(shù)計算如表 2 10 圖 弧面分度凸輪機構(gòu)的幾何尺寸 表 2 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要幾何尺寸及計算 項目 計算公式 計算結(jié)果 中心距 C 12 R??給定 C=180 許用壓力角p?/（°） 一般p?=30° 取p?=30° 轉(zhuǎn)盤節(jié)圓半徑2 m a x 0t a n( / ) t a n c o s ( 0 . 5 )pp ? ? ? ?? ??21 8 0 t a n 3 0 840 . 6 6 t a n 3 0op ??取24 凸輪節(jié)圓半徑1806 滾子中心角z?z? =360° /Z z? =360° /8=45° 滾子半徑0 . 5 ~ 0 . 7 ) s i n ( / ) Z?? ( 0 . 5 ~ 0 . 7 ) 8 4 s i n ( / 8 )? 11 =16~2 滾子寬度b b=（ 1~b=（ 1~ 22 =22~ 取 b=24 間隙 e e=（ b，一般至少 e≥ 5~10 e=（ 24 = 取 e=6 0 b??0H=2× 84+24=192 b??× 8444 凸輪定位環(huán)面兩側(cè)夾角? /(° ) ? =360° /Z ? =360° /8=45° 凸輪定位環(huán)面?zhèn)让骈L度 h h=b+e h=24+6=30 凸輪的頂弧面半徑? 2 22 ( / 2 )c P b R? ? ? 22( 8 4 1 2 ) ( 2 2 ) ? ? =輪定位環(huán)面外圓直徑0 c o s ( )2a r c s i n ( / ) ????? ? ??????a r c s i n ( 2 2 / 7 5 . 2 9 )? ? =0 3 6 0 1 5 0 . 5 8 c o s 5 . 5 1 ?=輪定位環(huán)面內(nèi)圓直徑 c o s ( / 2 ) h ???2 1 0 . 1 2 6 0 c o s 2 2 . 5 ?=輪理論寬度 / 2 ) s i n ( / 2 )e p b e ?? ? ? 2 1 0 2 s i n 2 2 . 5 ? =輪寬度l 2 c o s ( / 2 )e e r zl l l R ??＜ ＜ 2 c o s ( / 2 )e r ? =× =l＜ l=90 12 凸輪理論斷面直徑 / 2 ) c o s ( / 2 )e p R b e ???? ? ? ???2 1 8 0 1 0 2 c o s 2 2 . 5 ?????=輪理論斷面外徑 / 2 )t c r l??? ? ??? 222 1 8 0 7 5 . 2 9 ( 3 9 . 0 3 5 )?? ? ???=輪實際端面直徑D ( ) t a n ( / 2 )e e l l ?? ? ? 1 7 1 . 5 3 ( 9 0 7 8 . 0 7 ) t a n 2 2 . 5 ? ? =13 第三章 弧面分度凸輪機構(gòu)的三維建模及裝配 弧面分度凸輪三維實體造型 弧面分度凸輪建模思想 根據(jù)弧面分度凸輪輪廓軌跡方程以及表 2 2知參數(shù)，分析可得 中 2102為凸輪轉(zhuǎn)角，其變化范圍為 0°～ 360°。因此，我們有兩種方法作出凸輪的工作曲面。 第一，以θ為參數(shù)，將 r=72， 77， 82，?， 97， 102等，這樣就可以作出一系列曲線，這些曲線相當(dāng)于用一系列與凸輪同心直徑 不同的圓柱面去截凸輪的工作廓面得到的一系列曲線； 第二，將 取一系列值如 θ=0° ， 2° ， 4° ， 6° ， ?90° 等，相當(dāng)于用通過凸輪中心軸線的平面去截凸輪的工作廓面的得到的一系列曲線。這兩種方法都能作出凸輪工作廓面上的曲線。 第二種方法作的曲線較短，需要作的曲線較多，比較繁雜。因此我們采用第一種方法來作凸輪工作面上的 3 這里我們將分別作出與滾子左面接觸的一系列凸輪輪廓曲線，分度期 1L、2R、 2L、 3R，停歇期與滾子左右接觸的輪廓曲線，然后將這些線生成曲面，最后生成實體 [7~9]。 建立凸輪實體 根據(jù)表 2 2立凸輪實體，如下圖 示 圖 凸輪實體草繪 圖 凸輪實體三維造型 建立 1L 段輪廓曲線 1）建立 10~1/8T）輪廓曲面 ① 新建 件打開 維繪圖軟件 ,新建 ->零件 ->實體，建立文件。 14 ②繪制廓面曲線曲線 ->從方程 ->完成，此時彈出【菜單管理器】，并提示選取坐標(biāo)，點取桌面上的坐標(biāo)后，再在【菜單管理器】中選取【笛卡爾】，然后在彈出的記事 本中輸入如下程序： C=180 R=72 *120 5*(1*20*(4+K=3*120*(8*(4+ F=I G=*K/()))+180 2*) 2*) X=)*))*))) Y=)*)+)*))+C*) Z=)+) 圖 1L 第一段程序 保存后關(guān)閉記事本窗口，單擊【確定】。作出第一條推程段輪廓面曲線，如圖 ③創(chuàng)建曲線組重復(fù)以上步驟，并依次將程序段中第（ 5）句中的 7、82、 87、 92、 97、 102創(chuàng)建另外 6條推程段輪廓面曲線（本文取Δ r =5共建立 7條曲線，也可根據(jù)不同情況建立更多或較少的曲線），如圖 示。 15 圖 所創(chuàng)建的 1L 第一條曲線 圖 12）創(chuàng)建 11/8~7/8T）輪廓曲線 建立方法和步驟與 輸入的程序和程序 1基本相同，程序如下： C=180 R=72 *3/4+1/8 H=20 5*(2+1*0+240*(4+K=3*10+240*(8*(4+ F=I G=*K/()))+180 2*) 2*) X=)*))*))) Y=)*)+)*))+C*) Z=)+) 完成后如圖 示 3）創(chuàng)建 1L 第三段（ 7/8~1T）輪廓面曲線 方法和步驟不變，其程序如下： C=180 R=72 +7/8 H=20 5*(4+1*20*(4+K=3*120*(8*(4+ F=I G=*K/()))+180 2*) 2*) 16 X=)*))*))) Y=)*)+)*))+C*) Z=)+) 創(chuàng)建完成后如圖 示，至此， 1L 輪廓曲線就完成了。 圖 1 圖 1 建立 2L 輪廓面曲線 2L 輪廓面曲線的建立與 1L 輪廓面曲線的建立基本一致 ,其第一、二、三段廓面創(chuàng)建程序分別與程序 1 相應(yīng)各段基本相同，只需將第（ 7）句替換為： F=I 如圖 示 圖 2L 段輪廓曲線組 建立 2R 輪廓面曲線 2R 輪廓面曲線的建立與 2L 輪廓面曲線的建立基本一致 ,，只是將各個程序 17 中的第（ 8）句替換為： G=*K/())) 如圖 示 圖 2R 輪廓面曲線組 建立 3R 輪廓面曲線 3R 輪廓面曲線的建立與 2R 輪廓面曲線的建立基本一致 ,只是將各個程序中的第（ 7）句替換為： F=I 如圖 示 圖 3R 輪廓面曲線組 18 建立分度盤停歇期凸輪廓面曲線 1）建立與滾子左面接觸的凸輪輪廓曲線，通過分析編寫如下程序： C=180 R=72 H=120+240*T K=0 G=0 F=2=R 2*) 2*) X=)*))*))) Y=)*)+)*))+C*) Z=)+) 如圖 示 圖 停歇期凸輪左輪廓面曲線組 2）建立與滾子右面接觸的凸輪輪廓曲，程序如下： C=180 R=72 H=120+240*T K=0 G=180 F=2=R 2*) 2*) X=)*))*))) Y=)*)+)*))+C*) Z=)+) 如圖 示 19 圖 停歇期凸輪右輪廓面曲線組 建立凸輪曲面實體 1）建立曲面將已經(jīng)形成的各組曲線分別建立成曲面。建立完成后如圖 圖 曲面效果 圖 廓面實體 2）合并曲面將已建立的各個單獨曲面合并成一個曲面。 3）曲面實體化將建立好的曲面進(jìn)行實體化，完成后如圖 示。 其余特征建立工作 通過以上的特征建立工作，弧面分度凸輪的輪廓面已經(jīng)建立完成，然后我們 20 在創(chuàng)建出凸輪基體，倒角、修行等工作，完成后弧面分度凸輪三維模型建立完成，如圖 示。 圖 弧面分度凸輪三維模型 分度盤三維模型的建立 分度盤由轉(zhuǎn)盤和滾子組成，曲面都比較規(guī)則，所以建模比 較容易。 面分度凸輪及分度盤的相關(guān)尺寸，利用 e 的草繪、旋轉(zhuǎn)和拉伸特征完成分度盤的三維建模。如圖 示。 圖 分度盤零件圖 圖 分度盤裝配圖 21 模型裝配 在 e 中新建裝配文件，調(diào)入剛已經(jīng)建立好的弧面分度凸輪模型和分度盤模型，設(shè)定兩軸中心距為 180，軸向垂直。裝配完成后，打開 e 的分析菜單進(jìn)行干涉檢查，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的缺陷，并進(jìn)行修改和完善。完成后可得，弧面分度凸輪機構(gòu)總圖如圖 示。 圖 弧面分度凸輪機構(gòu)總裝圖 22 第四章 弧面分度凸輪的數(shù)控加工技術(shù)研究 弧面分度凸輪加工機械和加工方法 雙回轉(zhuǎn)坐標(biāo)的數(shù)控銑削加工 如圖 示，工件裝夾在數(shù)控分度頭上，采用專門的數(shù)控銑床，在加工過程中，主軸擺動，模擬滾子的運動，即分度頭勻速轉(zhuǎn)動，主軸按設(shè)定的運動規(guī)律擺過一定角度，采用定尺寸刀具，就可加工出所要求的凸輪。目前，國際上對弧面凸輪的加工，主要采用這種方法。這種方法數(shù)控程序簡單，但要求專門的數(shù)控銑床。 圖 弧面凸輪雙回轉(zhuǎn) 坐標(biāo)的數(shù)控加工 用 5 坐標(biāo)加工中心加工弧面凸輪 在沒有專門的雙回轉(zhuǎn)坐標(biāo)的情況下，也可用 5 坐標(biāo)數(shù)控加工中心銑削加工弧面凸輪，如圖 示。由于加工中心所限，不可能將數(shù)控分度裝置裝在數(shù)控轉(zhuǎn)盤的特定位置是使工件繞刀具擺動，只能按圖 示位置裝夾，這時就必須 4軸聯(lián)動，這種加工方法需機構(gòu)選擇對稱運動規(guī)律，加工過程中主軸伸出長度有限，工件要被調(diào)頭加工 [10]。 圖 五坐標(biāo)數(shù)控加工中心加工弧面凸輪 23 弧面分度凸輪的數(shù)控加工仿真 1）新建制造文件打開 e，點擊新建 ->制造 ->件 ->名稱，在文本框中輸入 2）設(shè)置制造模式 ①在點擊制造菜單中選擇【制造模型】選項打開【制造模型】菜單，選擇其中的【裝配】選項打開【制造模型類型】菜單，選擇【參照模型】選項，系統(tǒng)彈出【打開】對話框，調(diào)入已經(jīng)建立的三維模型完成參考模型的放置。 ②設(shè)置毛坯和制造模型的設(shè)置，如圖 示。 圖 弧面分度凸輪制造模型 3）制造設(shè)置 ①機床設(shè)置。操作設(shè)置 ->機床設(shè)置 ->機床類型 ->軸數(shù)，選用五軸加工。 ②加工零點設(shè)置。選擇凸輪坐標(biāo)零點為加工零參考點。 ③退刀面設(shè)置。設(shè)置圓柱面 為退刀面，設(shè)置公差為加工公差 成制造設(shè)置。 4）加工方法設(shè)置 ①在制造 ->加工 ->列 ->輔助加工 ->曲面銑削 ->5 軸，依次選取的菜單。 ②設(shè)置刀具參數(shù)，選擇球銑刀，材料為高速鋼（ 如圖 示。 圖 刀具設(shè)置 24 5）生成刀具路徑 此時我們可以觀測刀具的行走路線，如圖 示。單擊按鈕可以打開窗口查看生成的 據(jù)，如圖 示。 圖 刀具軌跡路線 圖 6） 測 為了檢測和優(yōu) 化加工程序，進(jìn)入 塊進(jìn)行 測，進(jìn)行加工仿真，可直觀地看到 序中刀具路徑的刀具動作和材料切除，驗證加工質(zhì)量和正確性，同時也直觀地看到設(shè)計中產(chǎn)生的錯誤和加工過程中的冗余動作，有利于 序和加工工藝的優(yōu)化。如圖 示。 圖 測加工結(jié)果 25 第五章 總結(jié)與展望 總結(jié) 本論文在 e 平臺上，實現(xiàn)了弧面分度凸輪機構(gòu)的三維設(shè)計，運動仿真與分析、加工仿真、動態(tài)測試，實現(xiàn)了弧面分度凸輪機構(gòu)的設(shè)計、加工、檢測一體化研究。 在這一過程中，我做的研究如下： 1 基于空 間共軛原理和坐標(biāo)變換的方法推導(dǎo)了弧面分度凸輪的工作廓面方程。 2 實現(xiàn)了弧面分度凸輪機構(gòu)的三維設(shè)計，解決了弧面分度凸輪設(shè)計困難、難于造型的難題，為分析、研究弧面分度凸輪機構(gòu)提供了一種直觀、方便、快捷的新方法。 3 將設(shè)計的弧面分度凸輪與分度盤進(jìn)行裝配、運動仿真、干涉檢測，并進(jìn)行運動分析。 4 對弧面分度凸輪數(shù)控加工理論進(jìn)行研究，在 e 境下完成了弧面分度凸輪機構(gòu)數(shù)控加工仿真，生成數(shù)控代碼。 其中，在運動仿真的過程中，由于 法識別弧面分度凸輪的工作曲面，因此運動仿真的過程一失敗告 終?，F(xiàn)如今能做到的仿真，從動盤是靠電機驅(qū)動的，不是由凸輪帶動，因此得出的運動曲線不能說明問題。 而在前面說到的弧面分度凸輪的加工，可知，用 工并不能符合實際生產(chǎn)要求，但是，用 5 軸加工是也遇到了問題，希望能在以后的深入研究中解決。 望 由于時間限制，論文中也有諸多之處有待于完善與進(jìn)一步深入研究： （ 1）在 e 平臺上用 進(jìn)行二次開發(fā)，完成弧面分度凸輪機構(gòu)體化系統(tǒng)開發(fā)，這樣，相信用 弧面分度凸輪的仿真及，工會更加方便，準(zhǔn)確。 （ 2）對弧面分度 凸輪機構(gòu)動力學(xué)特性，及振動控制的研究。 26 致 謝 為期兩個月的課程設(shè)計即將完成，此設(shè)計作為研究生教育的一個重要環(huán)節(jié)，對于我們這些在校研究生來說，起到了舉足輕重的作用。在這次課程設(shè)計過程中得到了葛正浩老師、董學(xué)敏同學(xué)的大力支持和幫助，在此向他們表示衷心的感謝。 課程設(shè)計是我們材料加工工程專業(yè)的重要組成部分，通過這次弧面分度凸輪的設(shè)計 ,學(xué)會了如何使用 整個設(shè)計中，糾正了許多以前的習(xí)慣錯誤，并且在頭腦里有了一個清晰、系統(tǒng)的專業(yè)知識體系。使我們的專業(yè)理論知識達(dá)到了一個質(zhì)的飛 躍，從而為我們過渡到實踐動手能力方面打下了堅定的基礎(chǔ)，并且能夠使我們樹立正確的設(shè)計思想，加強了設(shè)計基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)我們在以后的工作中能夠獨立擔(dān)負(fù)起機械設(shè)計的任務(wù) ，為我們以后參加工作打下了良好的基礎(chǔ)。這些對于我們無疑是受益終生的。 課程設(shè)計即將結(jié)束，研一的學(xué)習(xí)生活也即將結(jié)束，在此再次對葛正浩老師和董學(xué)敏同學(xué)表示最衷心的感謝。感謝老師對本論文的審閱，由于本人水平有限，論文中的不足之處甚至錯誤在所難免，懇請批評指正，不勝感激！ 27 參考文獻(xiàn) [1]成大先 手冊 [M]學(xué)工業(yè)出版社， 2002.， 442]劉昌祺，牧野洋，曹西京等 M]械工業(yè)出版社， 2005，8 [3]賀煒，劉言松，王濤等 J](4)： 74]賀煒，曹巨江，楊芙蓮等 J]005， 41(5):1[5]王其超 J]1996，(10):16]張高峰，楊世平，陳華章等．弧面分度凸 輪機構(gòu)的研究與展望．機械傳動． 2003，27（ 3）： 1~4 [7]劉言松，賀煒，唐學(xué)飛 J]2004， 12(6):358]袁恩會，張淳，董繼先 西北輕工業(yè)學(xué) 院 9(1):419]胡文祥 臺的弧面分度凸輪特征造型 [J]2006， (7):3610]陸金貴等編 M]械工業(yè)出版社， 1985.7 1 基于 弧面分度凸輪的參數(shù)化設(shè)計與優(yōu)化 加工 目錄 摘要 ................................................................ 2 .......................................................... 3 目錄 ................................................................ 1 第一章 緒論 ....................................................... 4 引言 ...................................................... 4 弧面分度凸輪研究現(xiàn)狀及特點 ................................ 4 弧面分度凸機構(gòu)的國外研究現(xiàn)狀 ......................... 4 弧面分度凸機構(gòu)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ......................... 5 未來研究趨勢 ......................................... 5 本課題的研究方法 .......................................... 6 第二章 弧面分度凸輪機構(gòu)運動參數(shù)與幾何尺寸設(shè)計 ..................... 7 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù) ............................ 7 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要幾何尺寸 ............................ 9 第三章 弧面分度凸輪機構(gòu)的三維建模及裝配 .......................... 13 弧面分度凸輪三維實體造型 ................................. 13 弧面分度凸輪建模思想 ................................ 13 建立凸輪實體 ........................................ 13 建立 1.................................. 13 建立 2.................................. 16 建立 2.................................. 16 建立 3.................................. 17 建立分度盤停歇期凸輪廓面曲線 ........................ 18 建立凸輪曲面實體 .................................... 19 其余特征建立工作 .................................... 19 分度盤三維模 型的建立 ..................................... 20 模型裝配 ................................................. 21 第四章 弧面分度凸輪的數(shù)控加工技術(shù)研究 ............................ 22 弧面分度凸輪加工機械和加工方法 ........................... 22 雙回轉(zhuǎn)坐標(biāo)的數(shù)控銑削加工 ............................ 22 用 5坐標(biāo)加工中心加工弧面凸輪 ........................ 22 弧面分度凸輪的數(shù)控加工仿 真 ............................... 23 第五章 總結(jié)與展望 ................................................ 25 總結(jié) ..................................................... 25 ....................................................... 25 致 謝 .............................................................. 26 參考文獻(xiàn) ........................................................... 27 2 摘要 本文以弧面分度凸輪為研究對象，重點研究了弧面分度凸輪的空間三維造型，裝配，數(shù)控加工技術(shù)及加工仿真和動態(tài)檢測。 本文在已推導(dǎo)出弧面分度凸輪輪廓面方程的基礎(chǔ)上，應(yīng)用三維設(shè)計軟件e，根據(jù)所選擇凸輪運動軌跡特征，以及所選凸 輪參數(shù)編寫凸輪輪廓曲線方程，由曲線構(gòu)成曲面，最后完成弧面分度凸輪機構(gòu)的三維建模，同時對所設(shè)計部件進(jìn)行組裝，檢測干涉，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷。 接著對弧面分度凸輪機構(gòu)加工理論和方法進(jìn)行分析研究，應(yīng)用 e 塊的已建立的三維實體的基礎(chǔ)上實現(xiàn)弧面分度凸輪數(shù)控加工仿真，生成刀位數(shù)據(jù)文件和加工程序可以實現(xiàn)弧面分度凸輪的數(shù)控加工。 通過綜合研究，實現(xiàn)了弧面分度凸輪機構(gòu)三維設(shè)計、數(shù)控加工、動態(tài)測試一體化研究理論和技術(shù)，為該機構(gòu)的廣泛應(yīng)用提供了方法和手段。 關(guān)鍵詞： 弧面分度凸輪機構(gòu)； e 三維建模；數(shù)控加工仿真； 動態(tài)檢測 f 3 n e AM on D C of In on AM d e,AM,AM AM d by in of am is of am is ro/e NC to be of d NC is in a s ro/e 3d c he 4 第一章 緒論 引言 弧面分度凸輪機構(gòu)（又稱滾 子齒形凸輪分度機構(gòu)、蝸桿式凸輪機構(gòu)、?？松瓩C構(gòu)）。屬于空間凸輪機構(gòu)，它由一個帶凸脊的弧面分度凸輪和在徑向放射狀等分地裝有滾子的分度盤組成，如圖 1]。 圖 面分度凸輪機構(gòu) 1 2弧面分度凸輪機構(gòu)用于兩垂直交錯軸間的間歇分度步進(jìn)傳動，如圖 動凸輪 1的基體為圓弧回轉(zhuǎn)體，凸輪輪廓制成凸脊?fàn)睢７侄缺P 2上裝有若干個沿轉(zhuǎn)盤圓周均勻分布的滾子，滾子的軸線沿轉(zhuǎn)盤的徑向線。當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)時，其分度段輪廓推動滾子，使轉(zhuǎn)盤分度轉(zhuǎn)位 [2]。 弧面分度凸輪研究現(xiàn)狀 及特點 弧面分度凸機構(gòu)的國外研究現(xiàn)狀 在國外，有一批學(xué)術(shù)界和工程界的學(xué)者專家專門從事凸輪機構(gòu)的研究 ; 如美國、日本、英國、德國、俄羅斯、瑞士等國家在弧面分度凸輪機構(gòu)理論、幾何學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)、嚙合原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、凸輪廓面加工、 得了一定的研究成果。 在這些發(fā)達(dá)國家己經(jīng)形成了一些專業(yè)化的凸輪公司，如美國的 5 日本的東芝精機、三共公司、山口公司等。 在日本，以牧野洋教授為代表的一批專家學(xué)者，在上世紀(jì) 70年代末到 80年代，對凸輪機構(gòu)的深 入研究促使了日本一批專門從事凸輪工作的公司的建立，如三共公司、東芝精機、山口 (司等，形成了他們自己的標(biāo)準(zhǔn)化系列化產(chǎn)品，成立了日本凸輪工業(yè)協(xié)會。 德國 表了空間凸輪加工設(shè)備的世界先進(jìn)水平 [3]。 弧面分度凸機構(gòu)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 在臺灣： 1．臺灣成功大學(xué)學(xué)者顏鴻森教授一直研究并提出了弧面分度凸輪機構(gòu)的輪廓方程和曲率計算等相關(guān)理論 ;為了提高弧面凸輪機構(gòu)的傳動性能，他們又研究了伺服系統(tǒng)與凸輪機構(gòu)集成的相關(guān)理論，從而將凸輪機構(gòu)的剛 性和伺服系統(tǒng)的柔性緊密結(jié)合，實現(xiàn)高精度平穩(wěn)運動； 2． 為了減少弧面凸輪機構(gòu)的振動，提高分度精度，臺灣國立中山大學(xué)學(xué)者在弧面分度凸輪機構(gòu)輸入軸上設(shè)計了一個扭矩平衡裝置； 3．臺灣清華大學(xué)學(xué)者利用矢量法研究計算凸輪輪廓方程； 4．臺灣國立中山大學(xué)通過實驗和數(shù)值模型研究了滾子嚙合間隙和凸輪廓面曲線對弧面凸輪機構(gòu)輸出動態(tài)特性的影響，從而為設(shè)計高精度凸輪機構(gòu)提供了理論基礎(chǔ) [3~5]。 在大陸： 1．天津大學(xué)楊玉虎、張策老師為了克服現(xiàn)有分度機構(gòu)受分度數(shù)限制的現(xiàn)狀，提出了一種分度數(shù)較大的新型分度機構(gòu)； 2．上海交通大學(xué)學(xué) 者鄒慧君、郭為忠研究了空間凸輪廓面新的設(shè)計方法和加工誤差補償問題，為提高凸輪設(shè)計和制造精度提供了理論依據(jù)； 3．陜西科技大學(xué)彭國勛、曹巨江、曹西京、葛正浩等教授長期從事凸輪機構(gòu)研究，他們研究并開發(fā)了簡諧梯形組合運動規(guī)律，該運動規(guī)律將多種運動規(guī)律(如修正等速、修正正弦、修正梯形等等 )統(tǒng)一于一個無因次數(shù)學(xué)模型，為不同凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)和思想方法，并建立了平面和空間凸輪廓(線 )面的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型； 1992 年研制出了國內(nèi)第一臺弧面凸輪專用數(shù)控銑床( 顯英等研 究了弧面分度凸輪的設(shè)計和數(shù)控加工； 相凸輪激波的復(fù)式滾動活齒傳動的設(shè)計制造技術(shù)研究”獲得 2004年國家自然科學(xué)基金立項 [3~5]。 未來研究趨勢 弧面分度凸輪機構(gòu)有著其它分度機構(gòu)不可替代的優(yōu)越性 ,其結(jié)構(gòu)簡單、高速度高精度等優(yōu)點使它將逐步取代棘輪、槽輪機構(gòu)等 ,成為有著廣闊發(fā)展前景的一種間歇分度或步進(jìn)傳送機構(gòu)?？v觀弧面分度凸輪機構(gòu)發(fā)展的歷史以及近年的發(fā)展現(xiàn)狀 ,今后我國弧面分度凸輪機構(gòu)的研究重 點應(yīng)在如下幾個方面 [3~6]： (1)新型點嚙合傳動的弧面分度凸輪機構(gòu)的研究； (2)弧面分度凸輪的動態(tài)特性及其仿真研究依然是研究熱點； (3)高效率、高精度弧面分度凸輪曲面加工及磨削機床或裝置的研制； 6 (4)引入專家系統(tǒng)或人工智能型弧面分度凸輪機構(gòu) (5)基于 (6)弧面分度凸輪機構(gòu)新結(jié)構(gòu)的研制； (7)弧面分度凸輪機構(gòu)精度指標(biāo)體系的制定、修改和完善以及檢測原理和儀器的研究及制造。 本課題的研究方法 按個人思路， 研究路徑如下 : 1）對弧面分度凸輪機構(gòu)的運動參數(shù)和幾何參數(shù)進(jìn)行分析研究，求得相關(guān)參數(shù)的計算公式； 2）對弧面分度凸輪工作廓面進(jìn)行研究，應(yīng)用空間包絡(luò)曲面的共軛原理進(jìn)行設(shè)計計算，推導(dǎo)出與從動轉(zhuǎn)盤上滾子圓柱面共軛的弧面分度凸輪工作曲面方程式； 3）根據(jù)所推導(dǎo)的弧面分度凸輪工作廓面方程，編寫程序，借助 成弧面分度凸輪的三維設(shè)計； 5）完成弧面分度凸輪機構(gòu)的裝配工作，進(jìn)行裝配模式下的干涉檢查，然后在 e 行弧面分度凸輪機構(gòu)運動仿真與分析； 6） e 完成加工誤差的誤差檢測等； 7 第二章 弧面分度凸輪機構(gòu)運動參數(shù)與幾何尺寸設(shè)計 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù) 根據(jù)如下運動規(guī)律圖，選擇主要運動參數(shù) (如表 2 圖 弧面分度凸輪運動規(guī)律曲線 表 2 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要運動參數(shù)及計算 項目 計算公式與說明 計算結(jié)果及所選參數(shù) 凸輪角速度s? 1= n/30??11 = 3 0 0 / 3 0 1 0 s? ? ? ???分度期轉(zhuǎn)角f?=(° ) 常用的為 120° 在滿足動停比 k 的要求下，宜取較大f?選定f?=120° 8 凸輪停歇期轉(zhuǎn)角d?/(° ) d?=360° -f?d?=360° =240° 凸輪角位移? /(° ) 以凸輪分度期開始處作為 ? =0，計算步長為 1° 凸輪和轉(zhuǎn)盤的分度期時間ft/s f f 1t = /?? ( 2 / 3 ) / 1 0 1 / 1 5 s??? 凸輪和轉(zhuǎn)盤的停歇期時間dt/s 1= (2 / ) ? 此式僅適用于凸輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)時 = ( 2 / 1 0 ) 1 / 1 5 2 / 1 5 ?? 凸輪分度廓線旋向及旋向系數(shù) p p=+1； p=用左旋 L， p=+1 凸輪分度廓線頭數(shù) H 單頭 H=1，雙頭 H=2； H≥ 3較少用 選用 H=1 轉(zhuǎn)盤分度數(shù) I 用的有； 3、4、 5、 6、 8、 10、 12、16 按設(shè)計要求，選定 I=8 轉(zhuǎn)盤滾子數(shù) z z=般常用的 、 8、 10、 12、 16 z=1× 8=8 轉(zhuǎn)盤分度期 運動規(guī)律 常用的有：正弦加速度、改進(jìn)正弦加速度、改進(jìn)梯形加速度、改進(jìn)等速等 選用改進(jìn)正弦加速度 轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)位角f?/(° ) f?=360° /I f?=360° /8=45° 轉(zhuǎn)盤分度期角位移i?/(° ) i?=為所選運動規(guī)律的無因次位移 / / 1 2 00 1 / 8 ( 0 1 5 )4 5 1( s i n 4 )441 / 8 7 / 8 ( 1 5 1 0 5 )4 5 9 42 s i n ( )4 4 37 / 8 1 ( 1 0 5 1 2 0 )4 5 1( 4 s i n 4 )44? ??? ? ?????????? ? ????? ? ? ????? ? ? ????? ? ???? ??? ? ? ?? ? ?? 9 轉(zhuǎn)盤分度期角速度 s?2?=f?V/所選運動規(guī)律的無因次速度 2222222/ 4 1 51 / 1 5 4/ 1 2 0 , 0 1 / 815(1 c o s 4 )4 ( 4 )1 / 8 7 / 81 5 41 3 c o s ( )4 ( 4 ) 37 / 8 115(1 c o s 4 )4 ( 4 )??????? ? ?????????? ? ?????????????? ???????轉(zhuǎn)盤與凸輪在分度期的角速度比21/??最大角速比2 1 )??轉(zhuǎn)盤分度期的角位移i?、角速度2?、角加速度2?和角躍度2 的曲線圖 21/??=f?V/f?2 1 )??=f? f?222 m a x m a x 1 /? ? ?? 332 m a x m a x 1 /? ?? 對改進(jìn)正弦加速度規(guī)律 m a x m a xm a 7 6 = 5 = 6 9 . 4 7 - 2 3 、，曲線圖如圖 示 212121214 5 3/1 2 0 8/ 1 2 0 , 0 1 / 83/ (1 c o s 4 )8 ( 4 )1 / 8 7 / 834/ 1 3 c o s ( )8 ( 4 ) 37 / 8 13/ (1 c o s 4 )8 ( 4 )??? ? ??? ? ?????? ? ????? ? ?????????????? ???????動停比 K，運動系數(shù) ? / , / ( )f d f f dk t t t t t?? ? ? 1 / 1 5 0 . 5 , 1 / 32 / 1 5k ?? ? ? 重疊系數(shù) ? 1 ( / )f?? ? ??? ? =1+（ 28/120） = 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要幾何尺寸 凸輪幾何參數(shù)示意圖（如圖 所標(biāo)注參數(shù)計算如表 2 10 圖 弧面分度凸輪機構(gòu)的幾何尺寸 表 2 弧面分度凸輪機構(gòu)的主要幾何尺寸及計算 項目 計算公式 計算結(jié)果 中心距 C 12 R??給定 C=180 許用壓力角p?/（°） 一般p?=30° 取p?=30° 轉(zhuǎn)盤節(jié)圓半徑2 m a x 0t a n( / ) t a n c o s ( 0 . 5 )pp ? ? ? ?? ??21 8 0 t a n 3 0 840 . 6 6 t a n 3 0op ??取24 凸輪節(jié)圓半徑1806 滾子中心角z?z? =360° /Z z? =360° /8=45° 滾子半徑0 . 5 ~ 0 . 7 ) s i n ( / ) Z?? ( 0 . 5 ~ 0 . 7 ) 8 4 s i n ( / 8 )? 11 =16~2 滾子寬度b b=（ 1~b=（ 1~ 22 =22~ 取 b=24 間隙 e e=（ b，一般至少 e≥ 5~10 e=（ 24 = 取 e=6 0 b??0H=2× 84+24=192 b??× 8444 凸輪定位環(huán)面兩側(cè)夾角? /(° ) ? =360° /Z ? =360° /8=45° 凸輪定位環(huán)面?zhèn)让骈L度 h h=b+e h=24+6=30 凸輪的頂弧面半徑? 2 22 ( / 2 )c P b R? ? ? 22( 8 4 1 2 ) ( 2 2 ) ? ? =輪定位環(huán)面外圓直徑0 c o s ( )2a r c s i n ( / ) ????? ? ??????a r c s i n ( 2 2 / 7 5 . 2 9 )? ? =0 3 6 0 1 5 0 . 5 8 c o s 5 . 5 1 ?=輪定位環(huán)面內(nèi)圓直徑 c o s ( / 2 ) h ???2 1 0 . 1 2 6 0 c o s 2 2 . 5 ?=輪理論寬度 / 2 ) s i n ( / 2 )e p b e ?? ? ? 2 1 0 2 s i n 2 2 . 5 ? =輪寬度l 2 c o s ( / 2 )e e r zl l l R ??＜ ＜ 2 c o s ( / 2 )e r ? =× =l＜ l=90 12 凸輪理論斷面直徑 / 2 ) c o s ( / 2 )e p R b e ???? ? ? ???2 1 8 0 1 0 2 c o s 2 2 . 5 ?????=輪理論斷面外徑 / 2 )t c r l??? ? ??? 222 1 8 0 7 5 . 2 9 ( 3 9 . 0 3 5 )?? ? ???=輪實際端面直徑D ( ) t a n ( / 2 )e e l l ?? ? ? 1 7 1 . 5 3 ( 9 0 7 8 . 0 7 ) t a n 2 2 . 5 ? ? =13 第三章 弧面分度凸輪機構(gòu)的三維建模及裝配 弧面分度凸輪三維實體造型 弧面分度凸輪建模思想 根據(jù)弧面分度凸輪輪廓軌跡方程以及表 2 2知參數(shù)，分析可得 中 2102為凸輪轉(zhuǎn)角，其變化范圍為 0°～ 360°。因此，我們有兩種方法作出凸輪的工作曲面。 第一，以θ為參數(shù)，將 r=72， 77， 82，?， 97， 102等，這樣就可以作出一系列曲線，這些曲線相當(dāng)于用一系列與凸輪同心直徑 不同的圓柱面去截凸輪的工作廓面得到的一系列曲線； 第二，將 取一系列值如 θ=0° ， 2° ， 4° ， 6° ， ?90° 等，相當(dāng)于用通過凸輪中心軸線的平面去截凸輪的工作廓面的得到的一系列曲線。這兩種方法都能作出凸輪工作廓面上的曲線。 第二種方法作的曲線較短，需要作的曲線較多，比較繁雜。因此我們采用第一種方法來作凸輪工作面上的 3 這里我們將分別作出與滾子左面接觸的一系列凸輪輪廓曲線，分度期 1L、2R、 2L、 3R，停歇期與滾子左右接觸的輪廓曲線，然后將這些線生成曲面，最后生成實體 [7~9]。 建立凸輪實體 根據(jù)表 2 2立凸輪實體，如下圖 示 圖 凸輪實體草繪 圖 凸輪實體三維造型 建立 1L 段輪廓曲線 1）建立 10~1/8T）輪廓曲面 ① 新建 件打開 維繪圖軟件 ,新建 ->零件 ->實體，建立文件。 14 ②繪制廓面曲線曲線 ->從方程 ->完成，此時彈出【菜單管理器】，并提示選取坐標(biāo)，點取桌面上的坐標(biāo)后，再在【菜單管理器】中選取【笛卡爾】，然后在彈出的記事 本中輸入如下程序： C=180 R=72 *120 5*(1*20*(4+K=3*120*(8*(4+ F=I G=*K/()))+180 2*) 2*) X=)*))*))) Y=)*)+)*))+C*) Z=)+) 圖 1L 第一段程序 保存后關(guān)閉記事本窗口，單擊【確定】。作出第一條推程段輪廓面曲線，如圖 ③創(chuàng)建曲線組重復(fù)以上步驟，并依次將程序段中第（ 5）句中的 7、82、 87、 92、 97、 102創(chuàng)建另外 6條推程段輪廓面曲線（本文取Δ r =5共建立 7條曲線，也可根據(jù)不同情況建立更多或較少的曲線），如圖 示。 15 圖 所創(chuàng)建的 1L 第一條曲線 圖 12）創(chuàng)建 11/8~7/8T）輪廓曲線 建立方法和步驟與 輸入的程序和程序 1基本相同，程序如下： C=180 R=72 *3/4+1/8 H=20 5*(2+1*0+240*(4+K=3*10+240*(8*(4+ F=I G=*K/()))+180 2*) 2*) X=)*))*))) Y=)*)+)*))+C*) Z=)+) 完成后如圖 示 3）創(chuàng)建 1L 第三段（ 7/8~1T）輪廓面曲線 方法和步驟不變，其程序如下： C=180 R=72 +7/8 H=20 5*(4+1*20*(4+K=3*120*(8*(4+ F=I G=*K/()))+180 2*) 2*) 16 X=)*))*))) Y=)*)+)*))+C*) Z=)+) 創(chuàng)建完成后如圖 示，至此， 1L 輪廓曲線就完成了。 圖 1 圖 1 建立 2L 輪廓面曲線 2L 輪廓面曲線的建立與 1L 輪廓面曲線的建立基本一致 ,其第一、二、三段廓面創(chuàng)建程序分別與程序 1 相應(yīng)各段基本相同，只需將第（ 7）句替換為： F=I 如圖 示 圖 2L 段輪廓曲線組 建立 2R 輪廓面曲線 2R 輪廓面曲線的建立與 2L 輪廓面曲線的建立基本一致 ,，只是將各個程序 17 中的第（ 8）句替換為： G=*K/())) 如圖 示 圖 2R 輪廓面曲線組 建立 3R 輪廓面曲線 3R 輪廓面曲線的建立與 2R 輪廓面曲線的建立基本一致 ,只是將各個程序中的第（ 7）句替換為： F=I 如圖 示 圖 3R 輪廓面曲線組 18 建立分度盤停歇期凸輪廓面曲線 1）建立與滾子左面接觸的凸輪輪廓曲線，通過分析編寫如下程序： C=180 R=72 H=120+240*T K=0 G=0 F=2=R 2*) 2*) X=)*))*))) Y=)*)+)*))+C*) Z=)+) 如圖 示 圖 停歇期凸輪左輪廓面曲線組 2）建立與滾子右面接觸的凸輪輪廓曲，程序如下： C=180 R=72 H=120+240*T K=0 G=180 F=2=R 2*) 2*) X=)*))*))) Y=)*)+)*))+C*) Z=)+) 如圖 示 19 圖 停歇期凸輪右輪廓面曲線組 建立凸輪曲面實體 1）建立曲面將已經(jīng)形成的各組曲線分別建立成曲面。建立完成后如圖 圖 曲面效果 圖 廓面實體 2）合并曲面將已建立的各個單獨曲面合并成一個曲面。 3）曲面實體化將建立好的曲面進(jìn)行實體化，完成后如圖 示。 其余特征建立工作 通過以上的特征建立工作，弧面分度凸輪的輪廓面已經(jīng)建立完成，然后我們 20 在創(chuàng)建出凸輪基體，倒角、修行等工作，完成后弧面分度凸輪三維模型建立完成，如圖 示。 圖 弧面分度凸輪三維模型 分度盤三維模型的建立 分度盤由轉(zhuǎn)盤和滾子組成，曲面都比較規(guī)則，所以建模比 較容易。 面分度凸輪及分度盤的相關(guān)尺寸，利用 e 的草繪、旋轉(zhuǎn)和拉伸特征完成分度盤的三維建模。如圖 示。 圖 分度盤零件圖 圖 分度盤裝配圖 21 模型裝配 在 e 中新建裝配文件，調(diào)入剛已經(jīng)建立好的弧面分度凸輪模型和分度盤模型，設(shè)定兩軸中心距為 180，軸向垂直。裝配完成后，打開 e 的分析菜單進(jìn)行干涉檢查，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的缺陷，并進(jìn)行修改和完善。完成后可得，弧面分度凸輪機構(gòu)總圖如圖 示。 圖 弧面分度凸輪機構(gòu)總裝圖 22 第四章 弧面分度凸輪的數(shù)控加工技術(shù)研究 弧面分度凸輪加工機械和加工方法 雙回轉(zhuǎn)坐標(biāo)的數(shù)控銑削加工 如圖 示，工件裝夾在數(shù)控分度頭上，采用專門的數(shù)控銑床，在加工過程中，主軸擺動，模擬滾子的運動，即分度頭勻速轉(zhuǎn)動，主軸按設(shè)定的運動規(guī)律擺過一定角度，采用定尺寸刀具，就可加工出所要求的凸輪。目前，國際上對弧面凸輪的加工，主要采用這種方法。這種方法數(shù)控程序簡單，但要求專門的數(shù)控銑床。 圖 弧面凸輪雙回轉(zhuǎn) 坐標(biāo)的數(shù)控加工 用 5 坐標(biāo)加工中心加工弧面凸輪 在沒有專門的雙回轉(zhuǎn)坐標(biāo)的情況下，也可用 5 坐標(biāo)數(shù)控加工中心銑削加工弧面凸輪，如圖 示。由于加工中心所限，不可能將數(shù)控分度裝置裝在數(shù)控轉(zhuǎn)盤的特定位置是使工件繞刀具擺動，只能按圖 示位置裝夾，這時就必須 4軸聯(lián)動，這種加工方法需機構(gòu)選擇對稱運動規(guī)律，加工過程中主軸伸出長度有限，工件要被調(diào)頭加工 [10]。 圖 五坐標(biāo)數(shù)控加工中心加工弧面凸輪 23 弧面分度凸輪的數(shù)控加工仿真 1）新建制造文件打開 e，點擊新建 ->制造 ->件 ->名稱，在文本框中輸入 2）設(shè)置制造模式 ①在點擊制造菜單中選擇【制造模型】選項打開【制造模型】菜單，選擇其中的【裝配】選項打開【制造模型類型】菜單，選擇【參照模型】選項，系統(tǒng)彈出【打開】對話框，調(diào)入已經(jīng)建立的三維模型完成參考模型的放置。 ②設(shè)置毛坯和制造模型的設(shè)置，如圖 示。 圖 弧面分度凸輪制造模型 3）制造設(shè)置 ①機床設(shè)置。操作設(shè)置 ->機床設(shè)置 ->機床類型 ->軸數(shù)，選用五軸加工。 ②加工零點設(shè)置。選擇凸輪坐標(biāo)零點為加工零參考點。 ③退刀面設(shè)置。設(shè)置圓柱面 為退刀面，設(shè)置公差為加工公差 成制造設(shè)置。 4）加工方法設(shè)置 ①在制造 ->加工 ->列 ->輔助加工 ->曲面銑削 ->5 軸，依次選取的菜單。 ②設(shè)置刀具參數(shù)，選擇球銑刀，材料為高速鋼（ 如圖 示。 圖 刀具設(shè)置 24 5）生成刀具路徑 此時我們可以觀測刀具的行走路線，如圖 示。單擊按鈕可以打開窗口查看生成的 據(jù)，如圖 示。 圖 刀具軌跡路線 圖 6） 測 為了檢測和優(yōu) 化加工程序，進(jìn)入 塊進(jìn)行 測，進(jìn)行加工仿真，可直觀地看到 序中刀具路徑的刀具動作和材料切除，驗證加工質(zhì)量和正確性，同時也直觀地看到設(shè)計中產(chǎn)生的錯誤和加工過程中的冗余動作，有利于 序和加工工藝的優(yōu)化。如圖 示。 圖 測加工結(jié)果 25 第五章 總結(jié)與展望 總結(jié) 本論文在 e 平臺上，實現(xiàn)了弧面分度凸輪機構(gòu)的三維設(shè)計，運動仿真與分析、加工仿真、動態(tài)測試，實現(xiàn)了弧面分度凸輪機構(gòu)的設(shè)計、加工、檢測一體化研究。 在這一過程中，我做的研究如下： 1 基于空 間共軛原理和坐標(biāo)變換的方法推導(dǎo)了弧面分度凸輪的工作廓面方程。 2 實現(xiàn)了弧面分度凸輪機構(gòu)的三維設(shè)計，解決了弧面分度凸輪設(shè)計困難、難于造型的難題，為分析、研究弧面分度凸輪機構(gòu)提供了一種直觀、方便、快捷的新方法。 3 將設(shè)計的弧面分度凸輪與分度盤進(jìn)行裝配、運動仿真、干涉檢測，并進(jìn)行運動分析。 4 對弧面分度凸輪數(shù)控加工理論進(jìn)行研究，在 e 境下完成了弧面分度凸輪機構(gòu)數(shù)控加工仿真，生成數(shù)控代碼。 其中，在運動仿真的過程中，由于 法識別弧面分度凸輪的工作曲面，因此運動仿真的過程一失敗告 終?，F(xiàn)如今能做到的仿真，從動盤是靠電機驅(qū)動的，不是由凸輪帶動，因此得出的運動曲線不能說明問題。 而在前面說到的弧面分度凸輪的加工，可知，用 工并不能符合實際生產(chǎn)要求，但是，用 5 軸加工是也遇到了問題，希望能在以后的深入研究中解決。 望 由于時間限制，論文中也有諸多之處有待于完善與進(jìn)一步深入研究： （ 1）在 e 平臺上用 進(jìn)行二次開發(fā)，完成弧面分度凸輪機構(gòu)體化系統(tǒng)開發(fā)，這樣，相信用 弧面分度凸輪的仿真及，工會更加方便，準(zhǔn)確。 （ 2）對弧面分度 凸輪機構(gòu)動力學(xué)特性，及振動控制的研究。 26 致 謝 為期兩個月的課程設(shè)計即將完成，此設(shè)計作為研究生教育的一個重要環(huán)節(jié)，對于我們這些在校研究生來說，起到了舉足輕重的作用。在這次課程設(shè)計過程中得到了葛正浩老師、董學(xué)敏同學(xué)的大力支持和幫助，在此向他們表示衷心的感謝。 課程設(shè)計是我們材料加工工程專業(yè)的重要組成部分，通過這次弧面分度凸輪的設(shè)計 ,學(xué)會了如何使用 整個設(shè)計中，糾正了許多以前的習(xí)慣錯誤，并且在頭腦里有了一個清晰、系統(tǒng)的專業(yè)知識體系。使我們的專業(yè)理論知識達(dá)到了一個質(zhì)的飛 躍，從而為我們過渡到實踐動手能力方面打下了堅定的基礎(chǔ)，并且能夠使我們樹立正確的設(shè)計思想，加強了設(shè)計基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)我們在以后的工作中能夠獨立擔(dān)負(fù)起機械設(shè)計的任務(wù) ，為我們以后參加工作打下了良好的基礎(chǔ)。這些對于我們無疑是受益終生的。 課程設(shè)計即將結(jié)束，研一的學(xué)習(xí)生活也即將結(jié)束，在此再次對葛正浩老師和董學(xué)敏同學(xué)表示最衷心的感謝。感謝老師對本論文的審閱，由于本人水平有限，論文中的不足之處甚至錯誤在所難免，懇請批評指正，不勝感激！ 27 參考文獻(xiàn) [1]成大先 手冊 [M]學(xué)工業(yè)出版社， 2002.， 442]劉昌祺，牧野洋，曹西京等 M]械工業(yè)出版社， 2005，8 [3]賀煒，劉言松，王濤等 J](4)： 74]賀煒，曹巨江，楊芙蓮等 J]005， 41(5):1[5]王其超 J]1996，(10):16]張高峰，楊世平，陳華章等．弧面分度凸 輪機構(gòu)的研究與展望．機械傳動． 2003，27（ 3）： 1~4 [7]劉言松，賀煒，唐學(xué)飛 J]2004， 12(6):358]袁恩會，張淳，董繼先 西北輕工業(yè)學(xué) 院 9(1):419]胡文祥 臺的弧面分度凸輪特征造型 [J]2006， (7):3610]陸金貴等編 M]械工業(yè)出版社， 1985.7