基于PRO_E的等加等减速凸轮三维模型设计

基于PROΠE的等加等减速凸轮三维模型设计
郭玉华,薛　明,庞素平
(山东煤矿莱芜机械厂,山东莱芜271100)
摘要:介绍了利用ProΠE软件实现等加等减速凸轮三维模型设计的详细步骤,并利用ProΠE 软件的自动编程功能,设计等加等减速凸轮的加工程序,从而有效地解决了凸轮设计及加工的精度和效率问题。

关键词:凸轮轮廓;运动规律;ProΠE;实体建模;ProΠNC
中图分类号:TH132141;TP39　文献标志码:A　文章编号:100320794(2007)0620084202
3-D ModelDesignofConstant-acceleration&Constant-deceleration
CamBasedon PROΠE
GUOYu-hua,XUEMing,PANGSu-ping
(ShandongLaiwuCoalMiningMachineryFactory,Laiwu271100,China)
Abstract:ThespecialstepofusingthePROΠEsoftwaretoaccomplishthedesignofconstant-acceleration&
constant-decelerationcamthreedimensionalmodelisintroduced,aswellastheutilizationoftheProΠEsoft2 wareauto-programmingfunctiontodesignthecamprocessingprogram,whichcanwellsolvetheprecisionand
efficiencyquestionsduringthecam’sdesignandprocess.
Keywords:camprofile;motionlaw;PROΠE;solidmodeling;ProΠNC
0　前言
凸轮机构是一种典型的常用机构,由于他能以简单的结构实现任意复杂的预期运动,并具有良好的运动刚性,长期以来被广泛地应用于各种机械中。

凸轮机构设计的关键是根据从动件的运动规律,设计出凸轮应具有的轮廓曲线。

凸轮轮廓曲线都十分复杂,传统的盘形凸轮轮廓曲线的设计方法主要有图解法和解析法。

图解法直观、简单,但是手工作图选取的等分数有限、精度低;解析法设计虽然解决了凸轮精度问题,但要得到完整的凸轮轮廓曲线需要编制复杂的程序。

随着各种先进数控机床在生产上的广泛应用,利用PROΠE软件强大的三维实体建模功能,可以十分便利地进行凸轮轮廓曲线的设计,保证了设计精度;同时利用PROΠE软件的自动编程功能,设计加工程序,保证了加工的精度,因此大大提高了凸轮从设计到加工的效率,严格保证了凸轮的精度。

1　凸轮的设计与造型方法
要实现凸轮的参数化设计,首先要在PROΠE中对凸轮进行三维实体造型。

从动件在一个行程中,推程先作等加速运动再作等减速运动,然后在最远处停留,回程先作等加速运动再作等减速运动,返回初始位置,以这样的一个运动规律为例来说明凸轮的设计与造型方法。

已知:凸轮的基圆半径为40mm,升程角为0°(其中0～40°为等加速运动,40～80°为等减速运动),远休止角为30°,回程角为100°(其中110～160°为等加速运动,160～210°为等减速运动),从动件升程为30mm。

(1)设计从动件的运动规律
从动件作等加速和等减速运动的位移曲线是双曲线。

在PROΠE软件中,用【插入基准曲线】—【从方程】—【完成】—【选取】,点击图中坐标系,选取坐标类型为笛卡尔坐标,在记事本中编辑双曲线方程(每段分别编辑):
从动件升程等加速运动方程
X=403t
y=153X^2Π40^2
z=0
从动件升程等减速运动方程
X=40+403t
y=30-153(40-403t)^2Π40^2
z=0
从动件回程等加速运动方程
X=110+503t
y=30-153(503t)^2Π50^2
z=0
从动件回程等减速运动方程
X=160+503t
y=153(50-503t)^2Π50^2
z=0
编辑好后保存并退出,点击【确定】生成上述4
第28卷第6期2007年　6月
煤　矿　机　械
CoalMineMachinery
Vol128No16
Jun.2007
段曲线;再用【草绘的基准曲线】—【草绘】,进入草绘模式,用【通过边创建图元】命令选取上述4段双曲线,并将远休止角及近休止角段的运动曲线作出,保存并生成基准曲线,退出。

新建一个零件,点击菜单【插入】—【模型
基准】—【图形】—【输入图形名称:TX 】命令,进入绘图区域,【草绘】———【数据来自文件】,将保存过的运动规律曲线调出,并在升程起始点创建参照坐标系,如图1所示。

图1　从动件运动规律曲线
凸轮从动件的运动规律用位移图表示,横坐标
表示凸轮转角,因此横坐标的总长为360°;纵坐标表示从动件位移。

将图形保存退出草绘。

(2)建立扫描曲线点击菜单【插入】—【模型基准】—【草绘】,进入草绘模式,以直径20mm 绘制一圆,完成草绘。

(3)创建凸轮点击菜单【插入】—【可变截面扫描】—【扫描为实体】—【草绘】,在绘图区绘制出一矩形,重新标注凸轮的厚度;点击菜单【工具】—【关系】,输入语句:
sd#=(40-10)+evalgraph (“TX ”,trajpar 3
360),
式中　#———程序为凸轮升程的距离尺寸自动编的
序号;
　trajpar ———轨迹参数,其值在0～1之间变化;evalgraph ———曲线表计算函数。

点确定完成凸轮的三维建模,如图2所示。

图2　凸轮的三维模型
2　凸轮的加工
Pro ΠNC 模块能够生成凸轮数控加工的全过程。

其工作过程首先是利用制造模块的图形编辑功能,
将设计零件的几何图形绘制到计算机上,形成零件的图形文件,然后利用数控编辑模块进行刀具轨迹处理,由计算机自动对零件加工轨迹的每个节点进行计算和数学处理,在生成刀位数据文件后,经过相应的后处理,自动生成数控加工程序。

3　结语
上面只是举了一种凸轮的设计方法,举一反三,做出如:从动件做简谐运动、摆线运动或这些运动混合类型的凸轮是不难的,只是运动规律的曲线方程不同。

参考文献:
[1]金洪官,栾庆德.机械原理[M].北京:兵器工业出版社,1993.[2]詹友刚.PRO ΠENGINEER 中文野火版教程[K].北京:清华大学出
版社,2003.
作者简介:郭玉华(1972-),女,山东东营人,工程师,毕业于山东科技大学机械设计制造及其自动化专业,现在山东煤矿莱芜机械厂从事机械设计工作,已发表论文4篇,电话:0634-6199859.
收稿日期:2007204204
本　刊　声　明
《煤矿机械》月刊从2006年第1期开始,以每1期为相应的期次、卷期记录出版次序。

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　第28卷第6期 基于PRO ΠE 的等加等减速凸轮三维模型设计———郭玉华,等 Vol 128No 16　。