圆柱分度凸轮的精确建模与数控编程

一种圆柱分度凸轮的数控加工编程方法作者：黄伟波来源：《中国科技博览》2014年第33期[摘要]针对圆柱分度凸轮采用4轴联动加工编程难度高的问题，提出一种综合利用Pro/E、Mastercam、Excel三种软件进行简化建模、编程的原理和方法。

通过此方法生成的加工程序符合机床4轴联动的控制要求。

将程序用于零件试加工，经装配并运行后证实该零件加工合格。

实例表明，此种编程方法可行，且简单、易掌握，在凸轮加工领域具有一定的实用价值。

[关键词]圆柱分度凸轮；数控加工编程；Pro/E；Mastercam；Excel中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0013-021 引言圆柱分度凸轮机构是将凸轮的连续转动转化为分度盘的间歇转动的一种机构，主要应用于冲压机械、包装机械、制药机械及需要固定转位的自动化机械中[1]。

随着设计能力及加工精度的不断提高，此种机构得到了迅速发展和广泛应用。

圆柱分度凸轮作为该机构的关键部分，其核心内容是凸轮槽的设计及加工。

基于圆柱分度凸轮机构的运动特点，凸轮槽必须采用机床4轴联动的方式进行加工。

现行采用的较为精确的方法是利用UG等三维软件的高级功能进行凸轮的建模与编程。

如王卫兵等[2]利用UG/Grip编程工具开发了圆柱分度凸轮辅助建模系统，实现凸轮的精确建模，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。

但对于一般的编程人员来说，此等方法难度高，不易掌握。

因此，寻求一种简单，易掌握的建模和编程方法具有一定的研究意义。

Pro/E、Mastercam、Excel是机械行业内常用的软件，其基本功能的应用已能被大多数的编程人员所掌握。

本文尝试将以上三种软件相结合，进行凸轮的简化建模及编程。

2 凸轮简化原理及编程思路圆柱分度凸轮机构（如图1）运行时，凸轮做A轴转动；滚子与分度盘一起做间歇性转动，其运动可分解为X、Y方向的运动。

摘要机械产品正沿着两个方向发展：一是大型化、自动化、精密化、高速化和成套化，二是小型化、多功能、结构简单、使用可靠和成本低廉。

在此发展进程中，各种各样的自动机械占有令人瞩目的重要地位。

以凸轮机构为核心，已发展出成千上万种高效、小型、简易、精密、价廉的自动机械，遍布各行各业。

本文针对圆柱凸轮的特点，并结合五轴高速铣削加工技术，对圆柱凸轮的造型，加工工艺，CAM编程以及后置处理均进行了探讨研究，来提高圆柱凸轮加工质量。

关键词：圆柱凸轮；五轴数控加工；高速铣削加工技术AbstractMechanical products along two directions: one is the large-scale, precision, automation, high speed and complete, two is miniaturization, multifunction, simple structure, reliable use and low cost. In the course of development, the important position of various automatic machinery occupies a great. In cam mechanism as the core, has developed the automatic mechanical thousands of high efficiency, small, simple, precise and cheap, in all walks of life.Based on the characteristics of globoid indexing cam, and the combination of processing technology of five axis high-speed milling, the cam shape, processing technology, CAM programming and post processing were conducted a study, to improve the processing quality of the globoidal cam.Keywords: globoidal cam; five axis NC machining; high-speed milling technology目录摘要 (1)ABSTRACT (2)目录 (1)图表目录............................................................................................................................ 错误!未定义书签。

西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）圆柱凸轮加工方法及应用年 级：2005级学 号：20055355姓 名：商飞专 业：制造工程指导老师：彭新宇2009年6月院 系 机械工程学院 专 业 制造工程 年 级 2005级 姓 名 商飞题 目 圆柱凸轮加工方法及应用指导教师评 语指导教师 (签章)评 阅 人评 语评 阅 人 (签章) 成 绩答辩委员会主任 (签章)年 月 日毕业设计（论文）任务书班级 2005制造工程一班学生姓名商飞学号 20055355发题日期：2009 年 3 月 5 日完成日期：2009年 6 月 15 日 题目圆柱凸轮加工方法及应用1、本论文的目的、意义空间凸轮是空间凸轮机构中的关键零件，其传统方法加工难度大，周期长，加工精度低，对操作工人技术水平要求高。

本文研究了采用CAD/CAM技术采用数控机床进行空间凸轮加工的方法。

讨论整个加工工艺过程的决策。

并采用UG/CAM技术针对具体凸轮的重要加工工序完成了加工程序和刀路仿真，并针对该重要工序设计夹具。

通过对本课题的研究，能让学生深刻理解当前进行此类产品进行加工工艺决策的理论，有助于将其在几年大学所学习知识与实践结合并得到综合运用。

使其初步具备从事技术和科研工作的能力。

2、学生应完成的任务收集并吸收关于此类产品的加工工艺决策理论的资料，深刻理解基于CAD/CAM的数控编程技术，将二者有机的结合在一起并运用于空间凸轮重要工序的加工程序编制并设计夹具（提供NC程序及电子或纸质夹具图）。

3、论文各部分内容及时间分配：（共 15 周）第一部分 收集资料，吸收消化 ( 3周)第二部分 确定技术路线，整理论文思路 (1 周)第三部分 完成论文初稿 ( 6周)第四部分 修改论文 ( 1周)第五部分 定稿及其他 ( 1周)评阅及答辩 ( 周)备 注指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘要圆柱凸轮机构是一种用于高速间歇分度的空间凸轮机构，圆柱凸轮轮廓面与分度盘上均布的圆柱滚子共轭啮合。

柱面凸轮的三维设计及数控加工作者：杨延波来源：《CAD/CAM与制造业信息化》2013年第07期本文介绍柱面凸轮在数控加工中，使用Pro/ENGINEER、CAXA制造工程师以及VERICUT软件进行三维造型、NC程序生成和仿真校验的过程。

在实际加工之前，检查出多轴加工中的干涉及碰撞问题，并进行调整和修改，提高了多轴数控加工中NC程序的准确性和可靠性。

一、引言柱面凸轮的加工一般需要在4轴数控加工中心机床上进行，可保证数控加工的高效率和高质量。

手工编程已不能满足多轴加工编程的要求，须借助CAD/CAM软件进行三维造型和自动编程。

本文介绍柱面凸轮加工过程中的三维造型、NC编程和仿真校验过程，可提高多轴NC 程序的准确性和可靠性。

二、使用Pro/ENGINEER软件进行三维造型根据柱面凸轮零件图可知：需在圆柱面上加工1个0°～360°范围内的空间曲线槽，槽的宽度和深度均为16mm，凸轮行程为40mm，其他尺寸和参数如图1所示。

在Pro/ENGINEER软件中进行三维造型时，使用关系、图形基准特征和可变剖面扫描的方法进行柱面凸轮的三维造型设计。

1.创建柱面凸轮的基础实体使用拉伸或旋转命令创建柱面凸轮的基础实体，并创建键槽和倒角特征。

创建柱面凸轮的基础实体时，应确保Pro/ENGINEER实体模块中坐标系的Z轴与该基础实体的轴线方向一致，如图2所示。

2.创建公式曲线选择“插入”菜单→“基准模型”→“图形”命令，输入名称“gr1”，绘制二维曲线，该曲线为柱面凸轮的行程，如图3所示。

该图左下角为草绘界面中创建的坐标系。

3.创建基准平面和草绘曲线创建基准平面DTM1，并在该基准平面上创建草绘曲线，该曲线为Φ98mm的圆，如图2所示。

4.创建柱面凸轮的槽特征使用“可变剖面扫描”命令创建柱面凸轮的槽特征，选取上个步骤中创建的草绘曲线为轨迹，点击“草绘”按钮，绘制二维剖面，如图4所示。

选择“工具”→“关系”命令，输入关系式sd3=evalgraph““gr1”，trajpar*360”。

自动化机械中圆柱分度凸轮机构的曲线设计和数控加工摘要：近些年来，随着时代经济的飞速发展以及科技的进步，我国自动化机械行业发展进程不断加快。

自动化机械中，空间分度凸轮机构的应用过程中，如何做好曲线设计和数控加工始终是自动化机械行业领域研究的热点之一。

本文基于这一课题，首先分析了自动化机械中圆柱分度凸轮机构的曲线设计，其次分析了自动化机械中圆柱分度凸轮机构的数控加工技术。

关键词：自动化机械；圆度分度凸轮；曲线设计；数控加工自动化机械中凸轮机构有着越来越广泛的应用，这种凸轮机构不仅仅有着传动导向的基本功能，同时也有着对机构控制的重要功能，在当前的凸轮机构发展中，不仅仅将相对复杂的运动规律产生，同时也有着相对较大的变速范围，对于执行机构的自动工作循环有着一定的控制作用。

现如今，伴随着计算机辅助技术以及计算机技术的日益成熟，圆度分度凸轮机构的应用，为自动化机械带来了极大的便利，并降低了制造的成本。

1.自动化机械中圆柱分度凸轮机构的曲线设计圆度分度凸轮主要是自动化机械一种常见的转位凸轮，同时也是一种圆盘转位凸轮，有着不封闭的曲线凹槽。

工作的过程中，主动轴是凸轮，并借助于动轴进行旋转，形成一种分度盘的间歇运动，将圆盘分度的目的实现。

自动化机械圆度分度凸机构曲线设计的过程中，由于曲线运动往往有着一定的复合性，在将滚子运动轨迹满足的同时，也要将曲线运动规律以及曲线的升程满足。

首先就要对余弦加速度运动规律下的凸轮理论曲线进行计算，并对修正后的曲线以及引导圆弧线进行计算。

余弦加速度运动规律下的一种凸轮理论曲线计算的过程中，就要对间隔直线逼近法加以采用，将凸轮理论下曲线中的各个点的坐标计算出。

修正曲线计算的过程中，就要结合滚子的运动轨迹，自动化机械中的铣刀控制过程中，就要将Y向的补充运动及时的增加，将修正曲线逐步形成。

对于曲线各个点的修正值用表示，如下所示：分度圆的半径用表示，同时曲线总升程用表示，分度角用表示。

圆弧线计算的过程中，在对引导圆弧半径确定和相关的圆心坐标值确定的过程中，就要保证合理的选择圆弧线的半径，避免凸轮中滚子进入时出现相关的碰撞。

圆柱凸轮的三维参数化设计及数控加工编程摘要：作为拥有良好运动性能的圆柱凸轮，会受到动件运动规律因素影响，生成复杂空间曲面，导致在设计、加工等方面面临较大困难。

本文对于圆柱凸轮的三维参数化设计及数控加工编程进行详细分析，通过Pro/E系统进行三维参数化设计，使用Master CAM软件进行数控加工编程。

旨在为我国众多制造企业提供技术帮助，推动国民经济有序发展。

关键词：圆柱凸轮；三维参数化设计；数控加工编程相较于平面凸轮机构，圆柱凸轮这种空间凸轮机构具有良好刚性，控制从动件运动稳定，可以满足机械高速运行的需求。

空间凸轮拥有这些特性，主要是因为其具有凸轮轮廓曲面。

考虑到圆柱凸轮设计、加工较为困难，过去常使用矩形平面取代圆柱面，并以平面凸轮计算轮廓坐标。

仍存在加工精度偏低的问题，无法满足制造业生产需求，需要寻找更加便利方法进行凸轮设计、加工。

1三维参数化设计对于圆柱凸轮三维参数化设计作业，需要将轮廓曲面设计作为重点内容严格对待。

以自变参数原始数据作为设计基础，建设三维模型，从而分析和三维模型相对应的参数化模型。

对于尖顶推杆圆柱凸轮，可以从正弦加速度、余弦减速度两个方面入手，利用这种运动规律，优化圆柱凸轮三维参数化设计工作。

1.1设计自变设计参数在设计圆柱凸轮的轮廓曲面时，其结构参数与从动件运动规律已经提前获得。

所以，在设计圆柱凸轮数据模型时，选择Pro/E系统的应用工具，设置圆柱凸轮自变参数后，赋予参数初值即可。

这里需要注意一点，对于推程角、远休角、回程角、近休角几个参数，需要保证初值之和为360°，即各段曲线是以封闭状态构成凸轮曲线[1]。

1.2利用方程曲线分段模式，描述轮廓曲面扫描轨迹控制线根据圆柱凸轮轮廓曲线数学模型和从动件运动规律，使用方程曲线对轮廓曲面扫描轨迹控制线进行描述。

主要选择推程角、远休角、回程角、近休角，利用这几个角度相对的轮廓曲面，描述圆柱凸轮的平面坐标。

1.3通过扫描变截面，获得凸轮实体选择Pro/E系统中的Fron模块，利用圆周描述凸轮轮廓扫描轨迹原始控制线。

基于UG软件的圆柱凸轮槽数控加工摘要：空间圆柱凸轮具有体积小、结构紧凑、传递扭矩大和转速高等优点，它在包装、农业机械、纺织、轻工、食品及制药等自动化机械中广泛应用。

本文主要解决了通过UG软件来实现圆柱凸轮的复杂凸轮槽的加工，替代传统的加工方法，提高凸轮的加工精度和效率。

关键词：圆柱凸轮；数控加工；工艺；可变轴轮廓铣；四轴编程凸轮机构一般是由凸轮，从动件和机架三个构件组成的高副机构。

凸轮通常作连续等速转动，从动件根据使用要求设计使它获得一定规律的运动。

凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机械装置中，它分为平面凸轮机构和空间凸轮机构。

其中，空间凸轮机构中的关键零件凸轮的加工一直是机械加工的难点。

凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮三类。

其中带有槽体的圆柱凸轮是比较常见的一种空间凸轮，对其槽的加工常规方法采用分度头铣削或靠模法加工，加工难度大，周期长，加工精度低，对操作工人技术水平要求高且一致性差。

随着多轴加工的逐渐成熟和推广开来，在圆柱凸轮槽加工上我们可以充分利用CAD/CAM软件的强大功能来弥补常规方法的不足。

本文我们以加工的外协件-圆柱凸轮槽为例来介绍如何在UG软件中采用多轴加工的方法来实现圆柱凸轮槽的加工。

1 加工工艺分析图1是笔者近来进行外协编程的一用于包装机械上的外协件，从上面二维图上我们可以得知该圆柱凸轮槽是环绕在圆柱面上的等宽槽，槽宽25mm，槽深20mm，显然，通过一般的XYZ三轴连动是无法加工出来的，必须借助一个角度变化来控制槽在圆柱面的分布，那么只能考虑采用四轴编程加工来实现。

考虑到模具厂现有设备的实际状况，普通的三轴数控铣床没有配备数控分度头只能三轴连动，显然无法实现该工件的加工，虽然具有五轴功能的高速FIDIA铣床从原理上可以实现，但由于该工件的加工量较大为20mm，所以也不适合在其上加工。

最终安排在带有数控回转工作台的国产卧式加工中心上进行，它可以实现工作台旋转360度从而可以满足此次加工要求。

基于Excel实现圆柱凸轮的数控编程与加工赵岐刚【摘要】采用Excel软件的计算功能对圆柱凸轮的节点坐标进行数值计算,并将计算结果转换为文本格式后根据数控系统进行数控程序编制.再通过传输设备将数控程序输人数控系统中,即可进行圆柱凸轮的数控加工.不需编程人员学习复杂的宏程序,更不需要购买价格昂贵的CAD/CAM软件.为中小企业加工此类零件提供了有效的方法,此方法值得在中小企业进行推广.【期刊名称】《承德石油高等专科学校学报》【年(卷),期】2017(019)006【总页数】3页(P44-46)【关键词】Excel软件;圆柱凸轮;数值计算;数控加工【作者】赵岐刚【作者单位】辽宁机电职业技术学院,辽宁丹东 118000【正文语种】中文【中图分类】TG659圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可以看做是将移动凸轮卷成圆柱体演化而成的。

圆柱凸轮机构有体积小、刚性好、结构紧凑、运转可靠、传动转矩大等优点，在机械中具有广泛的应用[1]。

它在实现较大运动升程与间隙分度运动方面有较多的应用。

目前，加工圆柱凸轮的较理想的方法是采用四轴数控铣床进行加工[2,3]。

本文阐述了借助Excel软件来实现圆柱凸轮数控铣削加工的编程方法，为企业提供简便的编程方法提供参考。

圆柱凸轮采用数控加工时采用范成法[4]，安装时，应使凸轮的轴线平行于机床的X轴 ,由绕X轴旋转的转盘上的卡爪与顶尖来夹紧工件；加工时，圆柱凸轮旋转，根据凸轮的轮廓形状 ,铣刀作X轴轴运动,运动轨迹为空间曲线；设计时，圆柱凸轮轮廓曲线通常用其圆柱面展开图表示，凸轮曲线展开后，横坐标为展开图圆周方向位移，纵坐标为铣刀沿机床X轴、Y轴或Z轴的位移，在图上表示为分段圆弧、直线、公式曲线和列表曲线等。

如图1所示，粗加工时使用小于从动件滚子直径的铣刀，精加工时使用与滚子相同直径的铣刀进行铣削。

圆柱凸轮在数控加工中通常需要四轴数控机床才能进行，同时需要相应的数控程序。