实验四、盘型凸轮的建模
一、实验目的
通过本实验的学习，使读者了解Pro/E Wildfire 5.0中凸轮零件建模的基本方法和高级特征的配置使用。并掌握“基准曲线”和“可变剖面扫描”等实体特征建模的一般方法。
二、实验内容
本例将通过凸轮类零件建模过程的实例，介绍Pro/E Wildfire 5.0中凸轮类零件常用的建模方法，凸轮类零件主要包括盘型凸轮、圆柱凸轮和异型凸轮等，是机械设计中一类重要零件，所使用的建模命令主要以“基准曲线”和“可变剖面扫描”等基本特征和高级特征为主。
三、实验指导
Step 1、新建零件文件
启动Pro/E Wildfire 5.0，单击工具栏“新建”按钮，选择系统默认“零件”类型，取消选中【使用缺省模板】复选框，选择【mmns_part_solid】选项，最后单击【确定】，进入三维实体化环境。
Step 2、创建基准曲线特征
选择【插入模型基准】|【曲线】菜单项，系统弹出如图4-1所示“菜单管理器”对话框，选择“从方程”|“完成”选项，系统打开如图4-2和图4-3所示的“曲线”对话框和“设置坐标系”提示，选择原始坐标系，设置坐标系类型为“笛卡尔”。
图4-1 图4-2
图4-3
系统弹出一个“记事本”窗口，在打开的记事本中输入如下方程式：
X=90+90*t
Y=25*（1-cos（t*180））
Z=0
选择“记事本”窗口中“文件”|“保存”菜单项，然后退出记事本，单击“曲线”对话框中的“确认”按钮，完成的基准曲线如图4-4所示。
图4-4
Step 3、基准曲线输出
选择“文件”|“保存副本”菜单项，弹出如图4-5所示“保存副本”对话框，输入新建名称为“tulun”，选择类型为“IGES”，然后单击“确定”按钮，在弹出的如图4-6所示的“输出IGES”对话框中选择“基准曲线和点”选项，取消选择“曲面”选项，然后单击“确定”按钮完成输出。然后再模型树中选择已创建的曲线，右击，选择“隐藏”
选项。图4-5
图4-6 Step 4、曲线插入
选择【插入】|【模型基准】|【图形】菜单项，在屏幕下方的“为feature输入一个名字”框中输入图形名字“ACM1”，完毕后单击“确认”按钮。
选择“草绘”|“坐标系”菜单项，选择“草绘”|“数据来自文件”|“文件系统”菜单项，打开在创建的基准曲线中输出的“tulun.igs”文件，在打开的信息窗口中单击“关闭”按钮。在合适的位置单击放置曲线，比例输入1，完成曲线输入如图4-7所示。
图4-7
Step 5、绘制曲线
删除插入图形自带的坐标系，然后自曲线左端与垂直中心线间绘制一条线段，修改尺寸如图4-8所示。然后镜像此图形，如图4-9所示。单击“确认”按钮。
图4-8
图4-9
Step 6、草绘截面
单击“特征”工具栏“草绘”工具按钮，选择FRONT面为草绘平面，草绘截面如图4-10所示。完毕后单击“确认”按钮。
图4-10
Step 7、创建可变剖面扫描特征
选择【插入】|【可变剖面扫描】菜单项，出现如图4-11所示“可变剖面扫描”控制面板。单击“参照”按钮，选择上一步创建的草绘截面为轨迹，单击“草绘”工具按钮，绘制截面如图4-13所示。选择“工具”|“关系”菜单项，系统弹出“关系”对话框，选择尺寸为50的名称sd4，并输入关系式：sd4=evalgraph（“acm1”，“trajpar*360”）。完毕后单击“确认”按钮。然后单击“确认”按钮，完成草绘。最后单击控制板“确认”，完成可变剖面扫描。
图4-11
Step 8、创建拉伸特征
选择【插入】|【拉伸】菜单项，出现“拉伸命令”控制面板，选择“实体”方式，单击“放置”|“定义”选项，选择FRONT为草绘平面，单击“草绘”按钮，单击“通过边创建图元”按钮，草绘截面，完成单击“确认”按钮，返回到三维模式，输入深度为20，最后单击“确认”按钮。
重复上一步操作，绘制截面，完毕后单击“确认”按钮，返回到三维模式，深度选择“拉伸至于所有面相交”方式，单击“去除材料”按钮，最后单击“确认”按钮。
公共选修课申报 机械工程系唐继武 课程名称：《三维实体建模与机构仿真》 一、课程内容： （一）基础模块 1、三维CAD概述 掌握用户界面、设计元素库、拖放式操作、不同的零件编辑状态、元素的属性、工具栏、显示工具、多视窗显示、属性表、尺寸修改、三维球、定位锚、智能尺寸标注及绘图项目。 2、三维实体设计基础 掌握使用包围盒修改图素尺寸。掌握零件设计基础 3、表面及边的修改 掌握表面及边的编辑工具。掌握表面编辑等命令的应用。 4、截面及生成自定义图素 掌握智能图素（特征）生成工具。了解二维截面生成工具。掌握生成自定义智能图素。 5、级图素、工具图素的应用与生成工程图 掌握高级图素及工具图素的应用。掌握生成工程布局图 6、装配设计 掌握利用三维球进行装配。掌握无约束装配。掌握约束装配。熟悉干涉检查。熟悉输出BOM表。 7、钣金设计 掌握弯曲图素。掌握钣金件设计。 8、自定义零件库 了解自定义零件库 9、渲染 熟悉渲染的基本操作。 10、机构仿真动画 熟悉装配动画的设计，机构仿真动画设计。了解动画文件的输出。 （二）选用模块 1、曲面与实体联合造型 了解曲面与实体联合造型。掌握布尔运算。 2、数据交换 了解与支持OLE的应用软件链接。了解输出零件格式。了解输入其它格式的零件。掌握与电子图板的接口。 （三）实践教学模块 实训1 设计软件基本操作。设计软件的启动、退出、用户界面及其设计元素库、拖放式操作、不同的零件编辑状态等基本操作。 实训2 零件设计基础
实训3 表面编辑等命令的应用 实训4 截面及生成自定义图素 实训5 其他图素的应用及生成工程布局图 实训6 装配设计 实训7 干涉检查及输出BOM表 实训8 钣金零件设计 实训9 渲染的操作 实训10 动画的设计及动画文件的输出 二、课程的目的 本课程的教学目标是：使学生具备高素质实用型高级职业技术专门人才所必需的三维CAD的基本技能，初步具有解决工程实际问题的能力，从事零件三维造型设计。为学习专业知识和职业技能打下基础。同时培养学生爱岗敬业、团结协作、吃苦耐劳的职业精神与创新设计意识。 三、课程的意义 依托辽宁制造业基地，根据新技术发展的需要，在企业普遍使用三维建模技术基础上，发现目前企业中三维零件设计软件应用非常广泛、例如CAXA实体设计、UG，PRO/E，CATIA等设计软件。，选择最常见、最实用的并与企业设计生产相类似的典型载体作为课程教学的内容。这样既服务于地方经济，满足企业的需要，也便于教学活动的开展。 四、课程学时 本课程共32学时，具体安排见表1-1。 表1-1 教学任务及课时
1.自动车床主要靠凸轮来控制加工过程，能否设计出一套好的凸轮，是体现自动车床师傅的技术高低的一个标准。凸轮设计计算的资料不多，在此，我将一些基本的凸轮计算方法送给大家。凸轮是由一组或多组螺旋线组成的，这是一种端面螺旋线，又称阿基米德螺线。其形成的主要原理是：由A点作等速旋转运动，同时又使A点沿半径作等速移动，形成了一条复合运动轨迹的端面螺线。这就是等速凸轮的曲线。 凸轮的计算有几个专用名称： 1、上升曲线——凸轮上升的起点到最高点的弧线称为上升曲线 2、下降曲线——凸轮下降的最高点到最低点的弧线称为下降曲线 3、升角——从凸轮的上升起点到最高点的角度，即上升曲线的角度。我们定个代号为φ。 4、降角——从凸轮的最高点到最低点的角度，即下降曲线的角度。代号为φ1。 5、升距——凸轮上升曲线的最大半径与最小半径之差。我们给定代号为h，单位是毫米。 6、降距——凸轮下降曲线的最大半径与最小半径之差。代号为h1。 7、导程——即凸轮的曲线导程，就是假定凸轮曲线的升角（或降角）为360°时凸轮的升距（或降距）。代号为L，单位是毫米。 8、常数——是凸轮计算的一个常数，它是通过计算得来的。代号为K。 凸轮的升角与降角是给定的数值，根据加工零件尺寸计算得来的。 凸轮的常数等于凸轮的升距除以凸轮的升角，即K=h/φ。由此得h＝Kφ。 凸轮的导程等于360°乘以常数，即L＝360°K。由此得L＝360°h/φ。 举个例子： 一个凸轮曲线的升距为10毫米，升角为180°，求凸轮的曲线导程。(见下图) 解：L＝360°h/φ=360°×10÷180°＝20毫米
升角(或降角)是360°的凸轮，其升距(或降距)即等于导程。 这只是一般的凸轮基本计算方法，比较简单，而自动车床上的凸轮，有些比较简单，有些则比较复杂。在实际运用中，许多人只是靠经验来设计，用手工制作，不需要计算，而要用机床加工凸轮，特别是用数控机床加工凸轮，却是需要先计算出凸轮的导程，才能进行电脑程序设计。 要设计凸轮有几点在开始前就要了解的. 在我们拿到产品图纸的时候,看好材料,根据材料大小和材质将这款产品 的 主轴转速先计算出来. 计算主轴转速公式是[切削速度乘1000]除以材料直径. 切削速度是根据材质得来的，在购买材料时供应商提供.单位是米/分钟. 材料硬度越大,切削速度就越小,切的太快的话热量太大会导致材料变形, 所以切削速度已知的. 切削速度乘1000就是把米/分钟换算成毫米/分钟,在除以材料直径就是 主 轴每分钟的转速了.材料直径是每转的长度,切削速度是刀尖每分钟可以移动的 距离. 主轴转速求出来了,就要将一个产品需要多少转可以做出来,这个转的圈数求出来.主轴转速除以每个产品需要的圈数就是生产效率.[单位.个/分钟] 每款不同的产品,我们看到图纸的时候就先要将它的加工工艺给确定下来. 加工工艺其实就是加工方法,走芯机5把刀具怎么安排,怎么加工,哪把刀具 先做,按顺序将它安排,这样就是确定加工工艺.
三维实体建模与设计 课程编码：202561课程英文译名：3D Solid Design and Construction 课程类别：学科基础选修课 开课对象：机械工程机自动化专业开课学期：5 学分：2学分；总学时：328学时；理论课学时：16学时； 上机学时：16学时 先修课程：工程图学、机械原理、机械设计 教材：Solid Works 2005机械设计及实例解析．胡仁喜等．北京：机械工业出版社，2005 参考书：【1】机械设计课程设计图册．龚溎义等．北京：高等教育出版社，1989，第三版．【2】SolidWorks 原厂培训手册实威科技.北京：中国铁道出版社，2004 一、课程的性质、目的和任务 本课程是面向机械工程等各专业开设的一门课程，是学习利用三维CAD软件进行零部件造型设计及制图的实践性课程。课程的目的是使学生掌握用Solid Works软件进行产品的零件造型设计、部件装配设计以及工程图绘制的基本技能，初步学习基于三维的产品开发设计，掌握自下而上的设计方法，自上而下的设计方法以及两种方法结合使用的设计过程。 课程的主要任务： 1.学习掌握三维CAD的特征造型方法； 2.学习掌握三维CAD下的零件造型与部件装配方法； 3.初步掌握三维CAD下基于装配的设计方法； 4.学习掌握三维CAD的二维工程图绘制方法； 5.初步学习利用三维CAD软件Solid Works进行产品设计的方法。 二、课程的基本要求 通过课堂讲授与上机实践，使学生： 1.了解三维CAD的发展历史、现状及软硬件配置条件； 2.了解三维CAD的发展历史、现状及软硬件配置条件； 3.了解利用三维CAD软件进行设计、制图的基本思路与方法； 4.掌握利用Solid Works进行三维立体造型设计的实现方法； 5.掌握利用Solid Works下的零件造型与部件装配方法； 6.初步掌握Solid Works下自上而下的设计方法以及自下而上和自上而下相结合 的方法； 7.掌握Solid Works的二维工程图绘制技术； 8.具有一定的实践体会和相关的应用能力。 三、课程的基本内容及学时分配 第一章Solid Works 2005 概述（1学时） 1．工作窗口 2．菜单简介 3．工具栏简介 第二章零件建模的特征分类（2学时） 1．基于特征的零件建模的基本过程 2．Solid Works的设计思想
4.1 参数化设计原理 采用Pro/ENGINEER 进行参数化设计，所谓参数化设计就是用数学运算方式建立模型各尺寸参数间的关系式，使之成为可任意调整的参数。当改变某个尺寸参数值时，将自动改变所有与它相关的尺寸，实现了通过调整参数来修改和控制零件几何形状的功能。采用参数化造型的优点在于它彻底克服了自由建模的无约束状态，几何形状均以尺寸参数的形式被有效的控制，再需要修改零件形状的时候，只需要修改与该形状相关的尺寸参数值，零件的形状会根据尺寸的变化自动进行相应的改变 【17】 。参数化设计不同于传统的设计, 它储存了设计的整个过程,能设计出一族而非单一的形状和功能上具有相似性的产品模型。参数化为产品模型的可变性、可重用性、并行设计等提供了手段,使用户可以利用以前的模型方便地重建模型,并可以在遵循原设计意图的情况下方便地改动模型,生成系列产品 【18】 。 4.2 建立滚轮中心轨迹曲线方程 圆柱凸轮最小外径为： min 2m D r B =?+ （37） 由式（37）、（7）、（31）得：
4 1m in 4 1 4100095.161080003224tan cos 100095.1610800032tan cos 2000 95.1610380002tan cos m h Ft h D r B h Ft h h Ft h D D ρα α ραα α α ---????+ ? ??=?+=? + ????+ ? ??= + ????+ ? ??= + （38） 圆柱周长L 4 200095.1610380002tan cos h Ft h D D L D ππαα-??????+ ? ??? ?==+ ? ??? （39） 单个滚轮中心轨迹按周长展开，如图10所示： 图10 单个滚轮中心轨迹按周长展开
MEASURE：将点对象或块按指定的间距放置ME MIRROR：创建对象的镜像副本MI MLINE：创建多重平行线ML MOVE：在指定方向上按指定距离移动对象M MSPACE：从图纸空间切换到模型空间视口MS MTEXT：创建多行文字 T、MT MVIEW：创建浮动视口和打开现有的浮动视口MV OFFSET：创建同心圆、平行线和平行曲线O OPTIONS：自定义 AutoCAD 设置 GR、OP、PR OSNAP：设置对象捕捉模式OS PAN：移动当前视口中显示的图形P PASTESPEC：插入剪贴板数据并控制数据格式PA PEDIT：编辑多段线和三维多边形网格PE PLINE：创建二维多段线PL PRINT ：将图形打印到打印设备或文件PLOT POINT：创建点对象PO POLYGON：创建闭合的等边多段线POL PREVIEW：显示打印图形的效果PRE PROPERTIES：控制现有对象的特性 CH、MO PROPERTIESCLOSE：关闭“特性”窗口PRCLOSE PSPACE：从模型空间视口切换到图纸空间PS PURGE：删除图形数据库中没有使用的命名对象，例如块或图层PU QLEADER：快速创建引线和引线注释LE QUIT：退出AutoCAD EXIT RECTANG：绘制矩形多段线REC REDRAW：刷新显示当前视口R REDRAWALL：刷新显示所有视口RA REGEN：重生成图形并刷新显示当前视口RE REGENALL：重新生成图形并刷新所有视口REA REGION：从现有对象的选择集中创建面域对象REG RENAME：修改对象名REN RENDER：创建三维线框或实体模型的具有真实感的渲染图像RR REVOLVE：绕轴旋转二维对象以创建实体REV RPREF：设置渲染系统配置RPR ROTATE：绕基点移动对象RO SCALE：在 X、Y 和 Z 方向等比例放大或缩小对象SC SCRIPT：用脚本文件执行一系列命令SCR SECTION：用剖切平面和实体截交创建面域SEC SETVAR：列出系统变量并修改变量值SET SLICE：用平面剖切一组实体SL SNAP：规定光标按指定的间距移动SN SOLID：创建二维填充多边形SO
凸轮曲线设计 当根据使用要求确定了凸轮机构的类型、基本参数以及从动件运动规律后，即可进行凸轮轮廓曲线的设计。设计方法有几何法和解析法，两者所依据的设计原理基本相同。几何法简便、直观，但作图误差较大，难以获得凸轮轮廓曲线上各点的精确坐标，所以按几何法所得轮廓数据加工的凸轮只能应用于低速或不重要的场合。对于高速凸轮或精确度要求较高的凸轮，必须建立凸轮理论轮廓曲线、实际轮廓曲线以及加工刀具中心轨迹的坐标方程，并精确地计算出凸轮轮廓曲线或刀具运动轨迹上各点的坐标值，以适合在数控机床上加工。 圆柱凸轮的廓线虽属空间曲线，但由于圆柱面可展成平面，所以也可以借用平面盘形凸轮轮廓曲线的设计方法设计圆柱凸轮的展开轮廓。本节分别介绍用几何法和解析法设计凸轮轮廓曲线的原理和步骤。 1 几何法 反转法设计原理： 以尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构为例： 凸轮机构工作时，凸轮和从动件都在运动。为了在图纸上画出凸轮轮廓曲线，应当使凸轮与图纸平面相对静止，为此，可采用如下的反转法：使整个机构以角速度(-w)绕O转动，其结果是从动件与凸轮的相对运动并不改变，但凸轮固定不动，机架和从动件一方面以角速度(-w)绕O转动，同时从动件又以原有运动规律相对机架往复运动。根据这种关系，不难求出一系列从动件尖底的位置。由于尖底始终与凸轮轮廓接触，所以反转后尖底的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线。 1). 直动从动件盘形凸轮机构 尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构： 已知从动件位移线图，凸轮以等角速w顺时针回转，其基圆半径为r0，从动件导路偏距为e，要求绘出此凸轮的轮廓曲线。 运用反转法绘制尖底直动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的方法和步骤如下： 1) 以r0为半径作基圆，以e为半径作偏距圆，点K为从动件导路线与偏距圆的切点，导路线与基圆的交点B0(C0)便是从动件尖底的初始位置。 2) 将位移线图s-f的推程运动角和回程运动角分别作若干等分（图中各为四等分）。 3) 自OC0开始，沿w的相反方向取推程运动角(1800)、远休止角(300)、回程运动角(1900)、近休止角(600)，在基圆上得C4、C5、C9诸点。将推程运动角和回程运动角分成与从动件位移线图对应的等分，得C1、C2、C3
盘形凸轮的四种设计方法 深圳市百特兴科技有限公司 周杰平 摘要：详细介绍运用SolidWorks 绘制盘形凸轮的不同方法，包括插件法、解析法、折弯法及仿真法。 关键词：盘形凸轮，插件法，解析法，折弯法，仿真法，余弦加速度， SolidWorks，EXCEL。 凸轮/连杆机构以其快速、稳定的特点，在很多的场合尤其是传统的制程设备中得以运用。但其缺点也很明显：适应性较差，结构相对比较复杂，开发周期长，凸轮加工精确要求比较高等,非标设备大多由伺服马达/步进马达、丝杆/同步带、气缸/油缸等替代。近年来，由于对设备产能要求越来也高，传统的凸轮/连杆机构又受到用户青睐。以动力电池制造设备中塑封制程为例。进口设备核心机构采用凸轮/连杆机构，产能在140件/分钟以上，国产设备采用伺服/丝杆驱动，产能则在50件/分钟左右。更为重要的是前者用于制程的有效时间更长，确保了品质的可靠性。凸轮的设计将成为机构设计工程是不可缺少的技能。 本文以盘形凸轮为研究对象，分别介绍几种不同的设计方法。 一、基本参数 1.1、凸轮基本参数 项目 代号 参数值 基圆直径 D 150 凸轮厚度 W 15 辊子直径 d 25 升程 h 50 表1 1.2、从动杆运动规律 动作 运动角度数 (Φ) 起始角度位置 终止角度位置 结束半径 运动规律 推程 120 0 120 125 余弦加速度 远休止角 30 120 150 125 回程 90 150 240 75 余弦加速度 近休止角 120 240 360 75 表2 注：余弦加速度(简谐运动)方程： S=h*[1-cos(πφ/Φ)]/2
图1 二、SolidWorks 插件法 2.1、如图2，打开SolidWorks，新建零件，关闭草图。菜单栏Toolbox -> 凸轮 如菜单栏无Toolbox，先加入插件。 图2 图3 2.2、设置。如图3 凸轮类型为圆形，推杆类型为平移，如果是偏心的，可作相应的选择；开始半径为基圆半径，开始角度根据<表2>填写；旋转方向为顺时针 2.3、运动如图4
万方数据
２０８高东强等：基于ＵＧ的圆柱凸轮参数化建模与仿真加工第１０期 ２基于ＵＧ的设计方法与三维造型 对于凸轮的设计，其关键是建立凸轮工作部分的轮廓曲线，圆柱凸轮是在圆柱表面按理论轮廓曲线轨迹建立凹槽或是凸橼，当凸轮绕定轴转动时带动滚子从动件实现各种不同的运动规律。 基于ＵＧ的圆柱凸轮参数化设计与建模主要是应用ＵＧ建模中的规律曲线功能，通过建立ＵＧ表达式来生成凸轮的理论轮廓曲线，再采用扫掠、回转、曲线缠绕以及布尔运算等操作，建立圆柱凸轮的三维实体模型。如要设计一单滚子直动从动件圆柱凸轮，已知滚子从动件行程ｈ＝３０ｍｍ，槽宽ａ＝２４ｍｍ，槽深ｂ＝２０ｍｍ，凸轮基圆半径ｒ＝６０ｍｍ，滚子从动件运动规律： 推程为余弦加速运动，推程角咖。＝６０。；远休止角ｑｂ２＝１６０。；回程也为余弦加速运动，回程角咖ｒ－－６００；近休止角＃，。 ２．１推导ＵＧ表达式 ．ｔｏｏｏ 参考【１】建立圆柱凸轮理论轮廓曲线的参数方程： ｌ一耐 ｛ｙ＝ｒｓｉｎｊ（ｏｏ巧＜３６０。） ｌ：＝ｓ 式中：ｒ一基圆半径： ，一凸轮转角； ｓ—升程； 茗、ｙ、一曲线上任意点坐标。 建立理论轮廓曲线参数方程后，接下来的工作是根据从动件运动规律推导升程ｓ的表达式翻， 推程（余弦加速度）： ｓ＝争［，一（磊９）】鲜【ｏ，钡】 远休止期：ｓ－－－ｈ 回程（余弦加速度）： ｓ＝争［１－ｃ。ｓ（云妒）】非［ｏ，如】 近休止期：ｓ＝０ 对于其它运动规律的公式推导可参阅回。 以上参数方程和表达式是应用ＵＧ建模生成凸轮轮廓曲线的理论基础，为了方便操作，必须将以上各式转化成ＵＧ可以识男Ｈ的表达式，如图ｌ所示，当凸轮从动件的运动规律及参数发生改变时，只需在ＵＧ表达式文件中更改相关公式和数据即可，真正实现了圆柱凸轮建模的参数化、系统化。 图ｌ凸轮理论轮廓曲线的ＵＧ表达式性图２圆柱凸轮理论轮廓曲线２．２创建凸轮三维模型 （１）应用ＵＧ的规律曲线功能，按上步建立的ＵＧ表达式生成ｐｌｊ段规律的样条曲线，如图２所示。通过ＵＧ规律曲线功能得到圆柱凸轮的理论轮廓曲线后，可以由两种不同的方式来建立三维实体模型：一是线～面．—体的创建方法，其基本操作是先由理论轮廓曲线得到凸轮槽底部曲面，再通过加厚片体得到凸轮槽实体，最后创建圆柱体并与凸轮槽实体进行布尔运算；二是引导截面法，即建立凸轮槽的截面曲线，然后运用扫掠选项得到凸轮槽实体，而最后一步与一相同。需要注意的是在这里绝不能通过拉伸命令来创建凸轮槽实体，因为该操作所得到的实体是不等宽的。下面我们主要以第二种方式来示例操作：（２）为了得到槽宽ａ＝２４ｍｍ，槽深ｂ＝２０ｍｍ的沟槽，我们应用到ＵＧ建模中的扫掠功能，如图２所示在ＸＯＺ平匝创建长２４ｍｍ、宽２０ｒａｍ的矩形，并以圆柱凸轮理论轮廓曲线为引导线进行扫掠，定位方法选择按矢量＝方向定位，得如图３（ａ）所示三维实体。（３）创建底圆半径ｒ＝６（ｈｌｌｍ的圆柱体（保证所求理论轮廓曲线与圆柱体同轴）。然后使其与上步图３（ａ）所示三维实体进行布尔运算，得到如图３（ｃ）所示的三维模型。 （ａ）（ｂ）（ｃ） 图３圆柱凸轮三维实体模型 ３运动仿真及分析 运动仿真模块是ＣＡＥ应用软件，主要用于建立运动机构模型，分析其运动规律。基于ＵＧ的运动仿真可以进行机构的干涉分析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构运动过程中零件位移、速度、加速度、作用力、反作用力以及力矩等的变化规律。通过运动仿真结果，可以对零件的结构及材料等属性进行修改，并将所修改的参数直接反映到装配主模型上，以完成最终的优化设计。 基于ＵＧ的运动仿真主要分为三个过程：一是前处理，包括创建连杆（Ｌｉｎｋｓ）、运动副（ｊｏｉｎｔｓ）和定义运动驱动（ＭｏｔｉｏｎＤｒｉｖｅｒ）；二是运动仿真，主要有关节运动（Ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｏｎ）和运动仿真（Ａｎｉｍａｔｉｏｎ）两种形式，其中前者是基于位移的运动，后者是基于时间的运动；三是运动分析，即以图表（Ｇｒａｐｈｉｎｇ）和电子表格（ＳｐｒｅａｄｓｈｅｅｔＲｕｎ）等形式分析相关零件的运动规律。 ３．１前处理 如图４所示创建连杆，将圆柱凸轮定义为Ｌ００１，滚子定义为Ｌ００２，并在圆柱凸轮上创建旋转副Ｊ００１，添加驱动类型为恒定，初速度ｌ８０ｄｍｉｎｏ在滚子Ｅ电帽｝＿１吲｝动副Ｊ００２，需注意的是移动副Ｊ００２自勺＝黾动方向设定为沿圆柱凸轮的母线方向。为了保证凸轮与滚子在整个运动翅程中始终是彼此接触，还需仓！膳｝－—个３Ｄ拦触ＣＯＯｌ。３．２运动仿真 打开解算方案窗口，选择基于时间的机构运动仿真，定义时间为 ２ｓ，步长为１００，其它选择默认值，点击确认进行运动方案求解。万方数据
% 转角：0~120 h=160 phi1=2*pi/3 x=100*((2*pi/3)*t) y=h*(1-cos(pi*120*t/phi1))/2 z=0 % 转角：120~150 h=160 x=200*pi/3+100*(pi/6*t) y=h z=0 % 转角：150~300 h=160 phi=5*pi/6 x=100*(5*pi/6)+100*(5*pi/6)*t y=h*(1+cos(pi*150*t/phi))/2 z=0 % 转角：300~360 x=100*5*pi/3+100*pi/3*t y=0 z=0 L圆柱凸轮的建模——PROE4.0 PROESKILL 圆柱凸轮建模与盘形凸轮略有区别。但是前面的步骤是相同的。下面用一个实例来说明。任务： 生成一个圆柱凸轮，外径D=200,长度L=240,滚子半径Rr=30.从动件运动规律：凸轮转角0——120度时，从动件以余弦运动规律向一端移动160；从120——150度时，从动件静止（远休止）；从150——300度时，从动件以余弦运动规律向另一端移动160，回来；300——360度时，从动件又不动。 一、新建文件 大家都很熟悉，所以就不多说了。
二、生成位移曲线 操作相同，但是位移曲线就必须注意了。 1.单击（插入基准曲线），选择“从方程”，“完成”。
2.弹出如下对话框。选择坐标系PRT_CSYS_DEF，在新弹出的【菜单管理器】中，选择【设置坐标类型／笛卡儿】。 3.输入方程。 注意：在盘形凸轮建模中，一般以转角为X轴，范围0——360，从动件位移为Y轴。但是在此，我们将圆柱凸轮展开，可以看成一个长方体，这样凸轮的沟槽就自动呈现在我们眼前，这沟槽就是我们要的位移曲线。 因此，位移曲线是这样的：X轴范围为0——PI*D,也就是底面圆的周长。Y轴仍然是从动件位移。 STEP1
编制调整卡片应注意以下几点: (一) 保证零件质量 没有质量就没有一切,这是第一重要的问题。主要从三个方面来考虑: 1 合理选择机床:一般来说,尽量不用机床的最大的规格来加工零件,特别是加工钢件时。如加工棒料直径是7MM，尽可能采用CM1113而不用CG1107。也尽量不用机床的最高转速来加工零件。如需要主轴转速为6500转/分,则不用CG1107(10000转/分)。原因是在机床的极限规格时不易获得最佳的加工精度。 2 合理安排工序:工序的编制必须满足零件的加工要求,同时也应充分考虑纵切自动车床的加工工艺特点。 3 正确选择切削用量,既要得到高的生产效率,又要保证刀具有足够的耐用度,以求尺寸的稳定。(刀具种类很多,也要分清楚合适刀具,这里我就不打广告了) (二) 提高生产效率:简化辅助动作,安排重合工序。(有经验才可以做的更好) (三) 便于机床的调整:安排必要的工序间隙和停持工序。 (四) 便宜凸轮及刀具的制造:机床上有许多调整机构,如杠杆比,天平刀架及主轴箱的钢性挡块,多凸轮机构双触头机构等,这些机构可以调整零件的加工尺寸,以弥补凸轮的制造误差。充分利用这些机构可以降低凸轮的制造精度要求。用成型刀具可以简化零件的加工过程,但刀具制造困难。如果用复合走刀法来加工成型表面,可简化刀具。 (五) 零件的成组加工:充分利用机床的特性,通过对机床的调整,用一套凸轮加工出几种形状,尺寸相近的零件。用于小批量多品种的零件生产。另外
与此类似的用几块无关的凸轮配出来打制简单的样品,或者多块凸轮重叠制造复杂零件.这些都需要对凸轮非常了解和熟悉才容易做到。这里就不举例了。 二凸轮设计程序 凸轮调整卡片的设计编制可分为四个步骤: (一) 对加工零件进行分析 分析加工零件部分精度和表面粗糙要求.分析轴向尺寸的标注法和要求,并对加工零件的材料.生产性质情况全面了解。 (二) 选择机床 在分析的基础上,选择合适型号的纵切自动车床和附属装置,并了解机床调整的特别,着重考虑机床对此零件的加工可能性。 (三) 确定设计方案 设计方案的正确与否关系到设计工作的全局,方案制订不好或不合理,轻者影响生产效率,严重的会造成调整困难或严重影响加工质量,所以确定设计方案是设计凸轮的重要环节,尤其对复杂零件的凸轮设计方案,更应反复进行推敲,然后定出合理的设计方案。设计方案的内容一般分为下述三个方面: (1) 按零件的形状和要求,结合机床的特点,决定加工顺序和切削步骤。 (2) 在确定切削步骤的同时,分配各刀具的切削任务,并确定各个刀具的几何形状。 (3) 考虑零件尺寸的调整方法,尽可能充分合理地运用机床可调整性,以便顺利调整和提高加工零件的质量和产量。 (4) 编制调整卡片 每个技术员编制的调整卡片都会略有不同,或者角度不尽相同,或者刀具
成一个圆柱凸轮，外径D=100,长度L=240,滚子半径Rr=30.从动件运动规律：凸轮转角0——120度时，从动件以余弦运动规律向一端移动160；从120——1150度时，从动件静止（远休止）；从150——100度时，从动件以余弦运动规律向另一端移动160，回来；300——360度时，从动件又不动。 一、新建文件 大家都很熟悉，所以就不多说了。 二、生成位移曲线 操作相同，但是位移曲线就必须注意了。 1.单击（插入基准曲线），选择“从方程”，“完成”。 2.弹出如下对话框。选择坐标系PRT_CSYS_DEF，在新弹出的【菜单管理器】中，选择【设置坐标类型／笛卡儿】。 3.输入方程。 注意：在盘形凸轮建模中，一般以转角为X轴，范围0——360，从动件位移为Y轴。但是在此，我们将圆柱凸轮展开，可以看成一个长方体，这样凸轮的沟槽就自动呈现在我们眼前，这沟槽就是我们要的位移曲线。
因此，位移曲线是这样的：X轴范围为0——PI*D,也就是底面圆的周长。Y轴仍然是从动件位移。 STEP1 现在我们来输入推程段（转角0——120）的方程： 说明：X的方程中，100是半径，是转角。由于底面圆展开成横轴X，因此X 即为弧长（为半径乘以转角），即为。 STEP2 点击记事本的【文件／保存】，然后退出。 点击【曲线：从方程】中的【确定】。产生如图的曲线。 同理可以输入另外三段曲线方程，这里不重复说明，例如远休止段（120——150）为： 150——300段： 300——360段：
最终生成结果如图： 4.保存为IGES格式。 确定，弹出下面的对话框，做出如图的选择，确定，完成IGES副本的保存。 三、生成凸轮凹槽 1.拉伸出基体 大家都很熟悉，故不详述了。 （1） （2）绘制一个矩形。 （3）工具——关系
第一章三维实体建模技术 学习重点 了解三维实体建模设计的特点和一般过程； 熟释NX 3.0的各个功能面板，建模方式以及模型分析功能； 掌握NX 3.0关于草图绘制，零件设计，装配设计，工程图设计的基本操作。 1.1概述 三维建模设计不同于二维绘图设计， 二维绘图设计在一个平面上即可完成， 而三维建模 设计是在三维空间中进行，建立的模型具有长度， 高度，宽度三个方向的尺寸。在三维建模 设计中，首先建立在工作空间的坐标系（包括原点，坐标轴和基准平面） ，然后在草绘平面 绘制模型的特征截面或扫描轨迹， 并根据参照平面放置特征截面的各图形元素， 对二维特征 截面进行拉伸，旋转，扫描等操作，可生成三维模型的基础特征。 特征是构成三维模型的基 础，各中各样的三维模型就是由不同的特征按照一定的设计要求进行组合所形成的集合体。 NX 3.0软件系统是美国 UGS 公司研制的一套由设计到制造的一体化三维软件， 是新一 代的产品造型系统。本章所有操作界面，设计流程以及模型均在 NX 3.0环境中进行。 1.2实训1――机械零件实体模型建立 1.2.1问题描述 零件设计是机械设计的基础，通过对零件进行实体设计，可以使设计过程更加直观，并 尽量多地获取零件的体信息。 零件实体建模的基本技术是基于特征的， 任何零件的建立都离 不开特征的建立，而参数化 绘制是创建各种零件特征的基础，贯穿整个零件建模过程。熟 三维 设计 的基 本功。 本章以机械设计中常用零件 轴，键，半联轴器的设计为例，简要说明在 NX 3.0环境中进行 零件设计，装配体设计和工程图设计的建模过程。 1.2.2实训目的 熟悉NX 3.0的操作界面，了解个功能面板；了解用 NX 3.0进行零件三维实体建模的 设计过程，初步实验用 NX 3.0进行计算机辅助机械设计的强大功能。 是进行 悉掌握特征截面的参数化草图绘制技术, 进而由截面草图生成零件特征的操作技术, 图1-1轴、键和半联轴器的实体模型
文章编号:1001-2265(2010)10-0091-03 收稿日期:2010-04-16 作者简介:王卫兵(1974 ),男,江西南昌人,江西赣江职业技术学院副教授,硕士,主要从事机械设计与制造相关技术的研究,(E -m ail) w _oli ve @si na .co m 。 圆柱分度凸轮的精确建模与数控编程 王卫兵,董燕,胡志新 (江西赣江职业技术学院,南昌 330108) 摘要:应用UG 的二次开发工具UG /Gr i p 开发了圆柱分度凸轮的建模系统,实现了圆柱分度凸轮的三维数字化精确建模,再利用UG CAM 模块的可变轴曲面轮廓铣对凸轮沟槽进行数控编程与加工,提高了圆柱分度凸轮数控加工的质量和效率。 关键词:圆柱分度凸轮;二次开发;多轴编程;UG /Grip 中图分类号:TH 16;TG65 文献标识码:A Prec iseM ode ling and NC Programm ing of C ylindrical Indexing Ca m Based on A pplication D evelop m ent of U nigraphics WANG W ei b i n g ,DONG Yan,HU Zh i x i n g (Jiangx i Ganjiang V ocational Co llege ,Nanchang 330108,Ch i n a) Abst ract :On t he basis of t he analysis of surf ace c har acteristics f o r cylindrical indexing ca m ,has estab lished modeling syste m of t hree di m ensional dig itization model f o r cylindrical indexing ca m by UG /Grip ofUG re development tool .On t he basis of discussing f our axis machining appr oach of cy lindrical indexing ca m gr oove ,t he f our axis tool pat h of t he cy lindrical indexing ca m is gener ated by variable cont ourmac hining sche ma in U nigr aphics . K ey w ords :cy lindrical indexing ca m ;UG /G rip ;NC pr ogr a m ming ;r e develop ment of unigr aphics 0 引言 圆柱分度凸轮机构用于两垂直交错轴间的间隙分度步进运动,具有定位精度高、承载能力大、运动平稳等特点。广泛应用于各种机床与机械设备的间 隙步进机构与步进供料装置等[1] 。圆柱分度凸轮是机构中的关键部件,决定了整个机构的运动学和动力学性能。因此,对凸轮廓面的精确设计与数控加工精度保证的研究至关重要。 使用常规的C AD 建模工具进行圆柱分度凸轮的三维造型比较困难,采用传统的加工方法也难以保证凸轮槽的加工精度。龙村等[2] 、李俊源[3] 分别在AutoCAD 与So lid W orks 环境下,利用VB A 开发了圆柱凸轮的三维CAD 系统,未能实现造型与编程的集成。为了达到较高的凸轮廓面精度,必须对圆柱分度凸轮进行数控加工。圆柱凸轮沟槽的数控加工传统上采用三轴联动的范成等径加工或非等径加工,通过工件的旋转,铣刀作XY 联动,切割加工出凸轮的沟槽 [4 5] 。等径加工的刀具直径必须与滚子相等, 由于不可避免的刀具磨损,因此很难保证加工精度。非等径加工存在的问题有:一是不能按照零件的精确形状进行走刀;二是由于零件的旋转与主轴的移动不能完全同步产生较大误差;三是切削过程中不同的切削位置其实际的切削进给并不相等。因而这种加工方法的精度受到限制。 UG NX 是广泛应用于机械工程领域的集成化C AD /CAM /C AE 软件,其提供UG /Grip 可以对软件功能进行二次开发,以增强UG 的功能,并实现用户 化的定制[6] 。本文利用UG /Grip 编程工具开发了圆柱分度凸轮辅助建模系统,可方便地实现不同结构参数的圆柱分度凸轮精确建模,再利用UG NX 加工模块的可变轴曲面轮廓铣编制凸轮沟槽的多轴加工程序。 1 圆柱分度凸轮精确建模 1 1 圆柱分度凸轮的方程 [1 2] 圆柱分度凸轮机构的坐标系包括有:与机架相连的定坐标系X 0Y 0Z 0,与凸轮相连的动坐标系 91 2010年第10期 工艺与装备
图5.34 手轮的结构与尺寸及建模 熟练AutoCAD 三维建模 10.1 实验目的 1) 熟练AutoCAD 三维图形的基本命令； 2) 熟练掌握三维建模的作图方法； 3) 为零件装配打基础。 10.2 实验内容 根据以上球阀的零件阀杆、阀门和卡环（?3）的结构及尺寸分别建模。 零件结构与尺寸：
图5.30 阀门、阀杆的结构及尺寸示例： 图5.31 阀门、阀杆卡环建模
4.5 三维实体建模实例 4.5.1 实验内容 图4-48 轴承座的三视图 根据图4-48所示的平面二维图绘制三维轴承座模型，然后将三维模型自动转换到二维，生成三视图和透视图。这是一个典型意义的例子，在一些工程实际工作中常常会遇到这种情况。主要要用到的命令有：box、extrude、boundary、mvsetup，mspace、solprof等 4.5.2 实验指导 一．建立轴承底板 1.用“长方体”命令绘制底板，设置为西南等轴测视图，打开端点捕捉方式。 命令：box 指定长方体的角点或[中心点(CE)] <0，0，0>： 指定角点或[立方体(C)/长度(L)]：@60，50，8 命令：vpoin t
当前视图方向：VIEWDIR=0.0000，0.0000，1.0000 指定视点或[旋转(R)] <显示坐标球和三轴架>：-1，-1，1 正在重生成模型。 命令：z 指定窗口角点，输入比例因子(nX 或nXP)，或 [全部(A)/中心点(C)/动态(D)/范围(E)/上一个(P)/比例(S)/窗口(W)] <实时>：0.5x 2.在底板上开两个孔。 命令：c CIRCLE指定圆的圆心或[三点(3P)/两点(2P)/相切、相切、半径(T)]：10，25 指定圆的半径或[直径(D)]：4 命令：mirror 选择对象：L 指定镜像线的第一点：指定镜像线的第二点： 是否删除源对象？[是(Y)/否(N)]
CAD三维建模 1．CAD三维建模首先应做什么？答：首先应当熟悉世界坐标系和三维空间的关系。其次是掌握CAD的用户坐标系以及多个视图的使用技巧。另外必须熟悉面域的操作和多段线的编辑。至于基本立体的绘图练习全靠反复训练，掌握各自的特点。 切记：CAD的每一个命令中都蕴涵着各自的技巧，好好探索和熟练它们。 2．何为三维世界坐标系？答：世界坐标系是CAD在作图时，用于确定平面或空间点位置的一个笛卡尔坐标体系，每一个坐标的正向和另两个坐标的旋向必须符合右手定则。CAD 在平面作图时的三维世界坐标系标志是坐标符号图中有一“W”字样。 一般将X-Y平面理解为水平面，Z轴方向表示高度距离，就是说“Z”值等同于用来确定X-Y水平面高度的标高命令“ELEV”。无论是“Z”值还是“ELEV”值，其“+”值表示在X-Y面上方，而“-”值表示在X-Y面的下方。用户在作图时要切记这一点。 注意：不管你的三维建模设计多复杂，作图过程中一定要有个基本坐标体系不能变。否则，作图方向的紊乱，将使你陷入困境！ 3．如何灵活使用三维坐标？答：在三维实体建模的作图过程中，要经常地变换坐标系统，从而有利于作图。CAD的世界坐标系是不变的，主要是用户坐标系的变换，其命令为“UCS”，它可以完成平移、新建坐标方向、旋转等功能。执行过“UCS”后，命令行提示如下： 用户可以选择需要的项目。如果选择新建项，即键如“N”后回车，则命令行再次显示为： 用户即可确定Z轴方向，利用三点重新定坐标系或分别绕X、Y、Z轴旋转任意角度。也可以打开工具条点击图标，如图一所示，常用的项目用户一定要熟练。 图一坐标变换工具条 注意：坐标“UCS”的变换是作图方向或实体定位的需要，不可任意倾斜。 4．如何使用柱面坐标和球面坐标？答：这两个坐标主要适用于三维建模作图，而且在三维模型空间较为直观。尤其是在渲染效果图中用来确定灯光的位置十分方便。 柱面坐标的形式为：（R<角度1，H），相对坐标形式为：（@ R<角度1，H）,其中R为柱面的半径，角度1为柱面上的点在X-Y平面上的投影点与X轴正向的夹角，H为距X-Y 平面的高度值。利用柱面坐标很容易在圆柱实体的表面上确定一点的位置。 球面坐标的形式为：（R<角度1<角度2），相对坐标形式为：（@ R<角度1<角度2）,其中R为球面的半径，角度1为球面上的点X-Y平面上的投影点与X轴正向的夹角，X-Y 平面应过球面中心，角度2为球面上的点与X-Y平面的夹角。在球体表面上定点较为容易。 切记：柱面和球面坐标可以绘制三维空间折线，尤其是绘制圆柱和球面螺旋线。 5．如何认定CAD的作图平面？答：CAD的作图平面是X-Y坐标面，或者是在与X-Y坐标面平行的平面上作图。不论是二维绘图还是三维建模中的大部分作图都在该平面上完成，栅格也是在该平面上显示。因此一般将X-Y平面称为平面视图（PLAN）。
序号： 编码： 重庆理工大学 第二十四届“开拓杯”学生课外学术科技作品竞赛 参赛作品 作品名称：配气凸轮型线设计 作品类别： A 类别： A自然科学类学术论文 B 科技发明制作 C哲学社会科学类学术论文与社会调查报告
配气凸轮型线设计 摘要：配气机构是内燃机重要组成部分，它控制着内燃机的换气过程，其设计优劣直接影响着内燃机的动力性，经济性和排放性以及工作可靠性。今年来随着内燃机的高速化，低排放化的趋势，人们对其配气机构的性能要求越来越高。而凸轮型线配气机构的核心部分，其设计的合理性影响着配气机构的各个性能指标。凸轮型线的设计既要保证获得尽可能的大时面值和丰满系数以提高换气效率，又要保证加速度曲线连续，、无突变。本次论文针对以上情况，设计出一款缸径为68的配气凸轮，并对其性能做出相应的评价。 关键词：配气机构凸轮升程凸轮型线 Abstract:Air distribution mechanism is an important part of the internal combustion engine, which controls the gas exchange process of the internal combustion engine, the design of which has a direct impact on the engine power, economy and emissions as well as work reliability. This year, with the high speed of the internal combustion engine, the trend of low emission, the performance requirements of the gas distribution agencies are getting higher and higher. And the core part of the cam type air distribution mechanism, the rationality of its design affects the performance indexes of the air distribution mechanism. The design of the cam profile is not only to ensure that the face value and fullness coefficient are obtained as much as possible to improve the ventilation efficiency, but also to ensure that the acceleration curve is continuous, and there is no mutation. This paper, in view of the above situation, design a bore 68 of the cam, and make the corresponding evaluation on its performance. Key word:Valve train Cam lift Cam profile 1.凸轮设计的基本原则