基于Solidworks圆柱凸轮三维参数化设计的实现

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基于Solidworks圆柱凸轮三维参数化设计的实现摘要:本文利用VB程序,基于SolidWorks平台,阐述了实现圆柱凸轮三维参数化设计的关键点,实现从动件不同运动规律的圆柱凸轮的建模和设计。

提供了一种对三维CAD软件二次开发的方法,具有较强的工程实用性。

关键词:VisualBasic SolidWorks 参数化圆柱凸轮
圆柱凸轮机构在自动机械中得到了广泛的应用。

与平面凸轮机构相比,圆柱凸轮机构具有体积小、结构紧凑、刚性好、转动扭矩大等优点。

随着数控加工技术的发展,圆柱凸轮的加工以三维模型为基础,现在比较流行的三维设计软件,没有直接生成圆柱凸轮的命令,绘制圆柱凸轮的三维模型比较繁琐。

本文应用VB程序,在SolidWorks平台开发了圆柱凸轮三维实体参数化建模系统。

该系统可快速、精确进行圆柱凸轮三维实体造型,可为后续的圆柱凸轮有限元分析、机构仿真和数控加工等提供必要条件。

1 圆柱凸轮廓线的数学模型的建立
圆柱凸轮的轮廓曲线是空间曲线。

对直动从动件圆柱凸轮建立如图1所示的固定坐标系,以z轴为圆柱凸轮的回转轴线,x轴与从动件处于最低位置时的轴线重合,原点为该轴线与凸轮轴线的交点,y轴分别垂直于x和z轴。

图1中曲线b是圆柱凸轮的理论廓线,曲线a和c 是实际廓线,d表示在理论廓线上的滚子圆。

主要参数有:圆柱凸轮的
基圆半径R,滚子半径Rr,工作面宽度L,从动件的运动规律S(φ),其中,φ为凸轮的转角。

建立圆柱凸轮理论廓线方程如下:
2 凸轮三维参数化建模方案及实现
2.1 用VB对SolidWorks进行二次开发的设计方法
1)是用人机交互形式建立模型,设置合理的设计变量,再通过VB 驱动设计变量实现模型的更新,这种方法编程较简单,通用性好,但对零件的尺寸范围、关系要求较明确。

具体操作:在SolidWorks中先建立实体模型,再对所标注的尺寸名称进行修改。

首先要显示所标注的尺寸名称,先在SolidWorks的【工具/选项】中选择“显示尺寸名称”,再在SolidWorks的设计树中鼠标右键点击【注解】选择其中的“显示特征尺寸”。

修改尺寸名称时,先用左键激活要修改的尺寸,点击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择【属性】,在弹出对话框中修改尺寸名称即可。

注意在修改的时候,尺寸的名字尽量表达出该尺寸在模型中的特征。

2)是完全用程序实现三维模型的参数化设计以及模型的编辑,这种方法编程较前者复杂,但可以实现对具有复杂形体的零件造型。

具体操作:对建立的模型进行宏文件的编译和应用程序的生成。

首先通过SolidWorks【工具/宏操作】中选择“录制”,将已建立好的实体模型生成的全过程经过宏记录转变成宏文件,找出宏文件中与模型
生成有关的关键函数。

确定关键函数中的关键常数,弄清楚关键常数的变化对实体模型的影响。

把关键常数用变量替换,这样就完成了实体参数化程序的建立。

将以上编译好的程序放入参数输入对话框的“开始绘制”按钮的CLICK事件中。

然后运行设计窗口,在SolidWorks 环境下打开一张新零件图进行实体三维实体建模,即可得到所需要的实体实体。

圆柱凸轮的参数化设计采用第二种方法。

2.2 圆柱凸轮机构参数确定和界面设计
在VB环境中设计好凸轮的参数化界面,对于圆柱凸轮,可变参数主要有轮廓曲线参数与结构特征参数,具体有:基圆半径、圆柱高度、滚子厚度、推杆行程、推程角、回程角、近休止角、远休止角、滚子直径等,界面中可以选择凸轮从动件在推程和回程时的运动规律,并可通过输入具体角度来决定推程和回程曲线的行程。

用户可以通过点击圆柱凸轮建模按钮完成相关计算与建模。

2.3 圆柱凸轮三维造型的实现
以半径为R+L/2的圆拉伸出圆柱体,在圆柱体上绘制出理论轮廓线,并绘制一条实际轮廓线作为引导线。

在上视面上画草图,草图是一个矩形,起点在实际轮廓线上,然后用Solidworks中的扫描切除功能,就可以创建圆柱凸轮的三维实体造型了。

机构参数化设计的具体方案如下:
(1)根据从动件的运动规律,利用公式(1)和(2)来计算推程阶段,远休止阶段,回程阶段,近休止阶段上系列点的坐标,为了保证实际廓线拟合精度,必须选择足够多的点来构造样条曲线,为此在程序中要确定适当的步距,计算出一定数量的点,通过Solidworks平台上的XYZ构造曲线的方法来构造样条曲线。

生成曲线方法如图2所示。

(2)在上视面上创建草图,并在草图中构建矩形,如图3所示。

(3)自动选取草图为轮廓,理论轮廓线为路径,选取实际轮廓线为引导线,通过扫描切除,最后生成实体,如图4所示。

3 结语
本系统以三维CAD软件SolidWorks 2010为软件平台,介绍了参数化三维圆柱凸轮设计方法,能完成圆柱凸轮实体的参数化自动生成,
大大地提高了圆柱凸轮三维设计的效率,提高了设计精度,其运行可靠、界面清晰、使用方便,在圆柱凸轮设计制造中具有重要的实用价值和显著的经济效益。

其思路和方法可以应用到其他零件的参数化造型。

参考文献
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