基于UG的圆柱凸轮参数化建模与仿真加工
基于UG的弧面分度凸轮机构的参数化设计及仿真分析的开题报告
基于UG的弧面分度凸轮机构的参数化设计及仿真分析的开题报告摘要：本文以UG为工具，研究了基于UG的弧面分度凸轮机构的参数化设计及仿真分析。
首先介绍了凸轮机构的基本概念和分类，然后详细介绍了弧面分度凸轮的原理和特点，分析了其优点和应用范围。
接着介绍了UG软件的基本功能和特点，详细讲解了UG的二次开发与参数化建模技术。
在此基础上，结合弧面分度凸轮的特点和应用需求，对其进行了参数化建模，并使用UG的仿真分析功能对其进行了运动学分析和强度分析。
最后，通过仿真分析结果的对比和验证，证明了该参数化模型的准确性和可靠性。
本文的研究成果对凸轮机构的优化设计和自动化制造具有一定的参考意义和实际应用价值。
关键词：弧面分度凸轮；UG；参数化建模；仿真分析Abstract:This paper studies the parametric design and simulation analysis of the roller cam mechanism based on UG. Firstly, the basic concept and classification of the cam mechanism are introduced. Then, the principle and characteristics of the arc surface indexing cam are described in detail, and its advantages and application scope are analyzed. Next, the basic functions and characteristics of UG software are introduced, and the secondary development and parametric modeling technology of UGare explained in detail.On this basis, the arc surface indexing cam is modeled parameterized, and UG's simulation analysis function is used to perform kinematic analysis and strength analysis. Finally, through the comparison and verification of the simulation analysis results, the accuracy and reliability of the parameterized model are proved.The research results of this paper have certain reference significance and practical application value for the optimization design and automatic manufacturing of cam mechanism.Keywords: arc surface indexing cam; UG; parametric modeling; simulation analysis。
基于UG的盘形凸轮参数化建模技术研究与实现
基于UG的盘形凸轮参数化建模技术研究与实现1 序言Unigraphics软件是一个集成化的CAD /CAECAM系统软件,它为工程设计人员提供了非常强大的应用工具,这些工具可以对产品进行设计(包括零件设计和装配设计)、工程分析(有限元分析和运动机构分析)、工程图绘制、数控加工程序编制等,极大地提高了企业的技术创新能力和对市场的快速反应能力。
UG NX基本工作流程是:设计人员先按照有关理论对零件造型,接着就可利用其数字化装配尽早发现问题,如检查干涉和间隙调整。
利用其工程分析功能可以验证其运动学和动力学性能,据此可进一步完善设计。
完善后的零件,一方面可自动转换为工程图以便加工,另一方面可根据需要,将一些复杂型面直接转换为数控加工程序。
显然造型是第一步,也是比较重要的一步。
凸轮机构在现代机械中越来越广泛的得到应用，由于只需设计适当的轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，同时在某些机构中通常要求从动件的位移、速度或加速度按照给定的规律变化；若采用连杆机构实现给定的运动规律比较困难，特别是较复杂的运动规律很难实现；但凸轮机构能较易实现复杂运动规律，同时凸轮机构还具有结构简单、体积小等优点。
当前，在凸轮的设计过程中，利用计算机进行辅助设计已经成为主流，在UG的建模环境中利用UG表达式和规律曲线来快速准确的生成凸轮轮廓曲线，从而完成凸轮的三维实体建模。
在装配环境中将凸轮与从动件按其匹配关系进行装配，从而实现凸轮机构的三维造型。
在运动环境中，通过定义连杆、添加运动副对凸轮机构进行仿真运动和运动分析，通过仿真过程判断凸轮机构的运动结果是否与设计要求相一致，从而对凸轮机构进行改进。
2 盘形凸轮零件分析图1是我公司生产某型号产品中的凸轮零件，偏心距为10mm，机构在运动过程中的运动规律为：当凸轮转过60°时，推杆等加速等减速上升10mm；凸轮继续转过120°推杆停止不动，凸轮再继续转过60°时，推杆等加速等减速下降10mm；最后，凸轮转过所余下120°时，推杆又停止不动。
圆柱凸轮机构的参数化造型和运动仿真
（$） 执行变截面扫描命令， 以图 # 中所建里的 直线为轨迹曲线， 绘制如图 % 所示截面， 输入关系式 &’# ( )*+,-.+/0 （ 1 -.+/021 ， 3.+4/+. /25 ） 。生成曲面， 如图 6 所示。 !# !" 运动仿真 （2 ） 定义伺服电机 &).*A2 ， 连接轴选择圆柱凸轮 销钉连接， 设置其位移为 E+8/ 的方式， 其中 F 为 5， G 为 !65 。 " "
［ ’］ 。机构运动分析模 能的动态设计仿真软件系统
图 ’" 凸轮造型
图 $" 升程控制基准曲线
!# !" 建立圆柱凸轮特征 首先建立一个圆形拉伸基本特征。 （’） （$ ） 在距离圆柱底面 ’% MM 处建立一个基准面 特征， 在此基准面内绘制一个沿圆柱圆周边界的基 准曲线。 采用 N0L/:C 菜单下 Q7CTM 中的 D:7E2 命令 （+ ） 建立如图 $ 所示的基准图形 D:7E2’ 。 （? ） 执行变截面扫描命令， 以 （$） 中建立的基准 曲线为轨迹曲线， 绘制如图 + 所示的截面， 将尺寸 L8& 由 （+） 中建立的 D:7E2’ 为截面控制曲线， 输入 关系式 L8& U /V745:7E2 （ “ 5:7E2’ ” ， ’% W C:7IE7: ） 。选择 实体切割， 切除图 ’ 所示形状。 （&） 建立一个分析特征 70746L.L’ ， 用于测量圆柱 的圆周长度。 !# $" 建立平面凸轮曲面特征 （’） 建立一条基准直线， 使其长度等于圆柱凸 轮圆周长度， 如图 ? 所示。关系式为 8’# U 4/05C2： XNQYP=PZ[,N,’
基于UG的凸模零件加工仿真
基于UG的凸模零件加工仿真以凸模零件的数控铣削加工为例，介绍了基于UG数控铣削加工的方法。
UG CAM强大的功能可以生成加工轨迹和生成数控代码，确保了数控加工程序的正确性，提高了生产效率。
标签：UG；凸模零件；加工仿真引言随着制造业的迅速发展，数控加工技术也广泛应用于制造过程之中。
数控设备只是为精确加工零部件提供了基本保障，但要实现零件预期的加工效果，必须编制精确的加工程序。
对于简单的零件，手工编制程序还可以实现，但对于复杂的零件，手工编制程序存在难度大且效率低，有时无法实现对零件加工程序的编制，这种情况利用CAM软件或软件的CAM模块进行自动编程是非常有效的方法[1]。
本文将讨论基于UG的凸模零件的数控铣削加工，UG的数控铣削加工包括平面铣、轮廓铣、钻孔、铰孔等，通过自动编程缩短工作人员的编程时间，降低生产成本，提高工作效率。
1 UG软件的CAM模块UG软件提供了强大的实体建模和造型功能，其CAM模块可以根据建立的三维模型直接进入加工环境，解决刀轨的生成、加工仿真和加工验证等问题，为机床编程提拱了一套完整解决方案[2]。
UG CAM系统除了提供生成NC代码程序的工具以及后置任务，还提供了在这个领域最新改进的加工切削技术，比如高速铣、样条插补以及数字检验确认。
利用UG CAM模块，可以改善其NC编程和加工过程，极大地减少浪费，大幅提高生产力。
2 凸模零件的加工工艺分析如图1所示为凸模零件的零件图，工件材料为45钢，毛坯尺寸为150mm×150mm×20mm的精毛坯。
从零件图可以看出，零件具有凸台、槽、孔等结构，充分体现了UG数控铣在编程方面的优越性。
另外，零件的尺寸精度和表面粗糙度要求相对较高，需经精加工完成。
其加工工艺表述如下。
工序1：铣外轮廓。
工步1：粗铣外轮廓；工步2：精铣外轮廓。
工序2：铣内槽。
工步1：粗铣内槽；工步2：精铣内槽。
工序3：孔加工。
工步1：点钻；工步2：钻孔；工步3：镗孔。
圆柱凸轮的三维参数化设计及数控加工编程
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
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UG规律曲线功能在圆柱凸轮建模中的妙用
基于UG规律曲线功能在圆柱凸轮建模中的妙用作者：毛涛刘潇来源：《农村经济与科技》2017年第20期[摘要]本文根据圆柱槽形凸轮从动件的运动规律，使用UG软件的表达式、规律曲线与同步建模偏置区域等功能实现圆柱凸轮的全参数化设计，并通过UG软件的分析功能测量验证凸轮槽与已知凸轮曲线的一致性。
该建模方法极大地缩短了圆柱凸轮设计周期，提高了生产率。
[关键词]圆柱槽形凸轮；UG；规律曲线[中图分类号]TS176.4 [文献标识码]A凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。
凸轮机构在各种机械中有大量的应用，即使在现代化程度很高的自动机械中，凸轮机构的作用也是不可替代的。
圆柱形凸轮属于空间凸轮的一种形式，一般分为两种类型：槽形、凸缘形。
它是利用凸轮曲线轮廓将旋转运动转化为复杂运动，从而实现机构的特定功能。
1 基于UG的设计思路根据设计图纸（图1）所给出的圆柱槽形凸轮，利用拉伸特征绘制凸轮圆柱体，然后根据展开图所示的凸轮曲线绘制草图曲线，创建X、Y方向表达式，Z方向依据草图曲线创建出圆柱体外表面的凸轮轮廓曲线，最后利用同步建模偏置区域功能对凸轮槽部分向“轴心”偏置，从而得到凸轮实体。
2 UG建模过程（1）创建凸轮圆柱体，根据图纸直径∅=100，高度为L=150，圆柱轴线与坐标轴Z轴重合，下底面中心位于坐标系原点位置；（2）创建表达式，创建方法如图2所示。
t=1（t为ug软件默认变量）r=100；xt=r*cos （360*t）；yt=r*sin （360*t）；zt=0；（3）根据设计图纸中的圆柱凸轮展开图绘制轨迹草图，将草图建立在XY坐标平面上，该草图各部分尺寸建立如图3所示。
（4）利用偏置曲线对凸轮曲线进行双向偏置，偏置距离设置为凸轮槽宽度20的一半，得到凸轮槽边缘曲线草图，偏置效果如图4所示，将原凸轮槽中心轨迹曲线转化为参考线。
（5）利用UG曲线工具中的“规律曲线”命令，绘制圆柱外表面上的空间凸轮边缘曲线。
基于UG的凸轮机构运动仿真研究
·44· 计算机应用技术 机械 2007年第12期 总第34卷————————————————收稿日期：2007－07－06 基于UG 的凸轮机构运动仿真研究刘善林，胡鹏浩，张勇（合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009）摘要：对凸轮机构的运动分析，除用传统的分析方法之外，还可利用UG 对其运动进行仿真分析。
通过举一凸轮机构的简单例子，详细说明了UG 运动仿真的方法和步骤，运动仿真的形式包括关节运动或运动仿真，运动仿真的结果可以用图表和电子表格的形式绘出，从而为机构的优化设计提供参考依据。
关键词：凸轮机构；运动仿真；UG中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1006－0316(2007)12－0044－03The motion simulation and research of cam mechanism based on UGLIU Shan-lin ，HU Peng-hao ，ZHANG Yong(School of Instrument Science and Opto-electronic Engineering ，Hefei University of Technology ，Hefei 230009，China) Abstract ：Another motion analysis method about cam mechanism has been introduced in this paper except the traditional one, taking a cam mechanism for example, the method and procedure how to realize the motion simulation based on UG has been presented in detail. The motion form can be displayed with Articulation or Animation, the result of motion simulation can be reflected with the graphic and the spreadsheet in order to provide the reference for the mechanism optimized design. Key words ：cam mechanism ；motion simulation ；UG凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成。
基于UG NX的圆柱凸轮多轴加工方法的研究
２ 凸轮 ４ 轴加工方法 ２．１ 凸轮底面加工 表 2 为凸轮底面加工方法的比较。
表 ２ 凸轮底面加工方法比较
序号 1 驱动方法 曲线 / 点 投影矢量 刀轴 刀轴 远离直线 4 轴，垂直 于部件 远离直线 4 轴，垂 直于部件 备注 需要选用适当 的刀具一刀过 需要选用适 当的刀具一刀过 需要根据刀具做辅助面
设 计 与 研 究
２．２ 凸轮侧面加工 表 3 为凸轮侧面加工方法的比较。
表 ３ 凸轮侧面加工方法比较
序号 驱动方法 1 曲线 / 点 投影矢量 刀轴 刀轴 远离直线 4 轴，垂 直于部件 远离直线 远离直线 备注
３５
采用切削参数 多刀路可偏置 采用切削参 数多刀路可偏置 需要根据 刀具做辅助面 需要分析曲面 UV 方向
[9]
１．４ 三维模型的创建 生成工作轮廓曲线，如图 1 所示。生成 φ60mm 圆柱， 如图 2 所示。在圆柱中心线平面上绘制截面草图，草图尺 寸要反映槽宽和槽深，此处要注意截面尺寸必须大于槽深， 如图 3 所示。采用扫掠求差的方式生成凸轮槽。需注意， 扫掠时，截面定位方法的确定要以 φ60mm 圆柱面为参考， 方向为【面的法向】，从而得到所需凸轮，如图 4 所示。
x = r0 cos j y = r0 sin j z = s( j )
a2 a3 a4 h j1 j2 j3 j4 r0 s1 s2 s3 s4 t xt1 xt2 xt3 xt4 yt1
mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm
推程 x 坐标值变量 远休止 x 坐标值变量 回程 x 坐标值变量 近休止 x 坐标值变量 推程 y 坐标值变量 远休止 y 坐标值变量 回程 y 坐标值变量 近休止 y 坐标值变量 推程 z 坐标值变量 远休止 z 坐标值变量 回程 z 坐标值变量 近休止 z 坐标值变量
基于UG的凸轮机构设计和运动仿真
选择运动仿真 (Animation)图标即启动运动仿真分析过 程 。在分析选项对话框中选择机构运动学 /机构动力学分析 , 时间设为 10 s(凸轮旋转 1周 ) ,步数为 360步 ,即凸轮每转 1°
图 1 创建 UG表达式
其中 t是 UG的内部变量 ,其值在 0～1之间变化 。 2. 2 由规律曲线生成凸轮轮廓线
利用 UG的规律曲线来构造样条 ,选用按照方程变化 (By Equation)方式 ,使用上面输入的方程式 ,分 4段生成凸轮轮廓 曲线如图 2。 2. 3 完成凸轮机构设计
对轮廓线按照一定的厚度值进行拉伸 ( Extrude)操作 ,可 以获得凸轮三维实体 。同时创建顶尖从动件实体 ,完成凸轮 机构设计如图 3。
Vol 18 No 2005202
1
机械研究与应用
第
M ECHAN ICAL RESEARCH & APPL ICATION
18卷 第 2005年
1期 2月
基于 UG的凸轮机构设计和运动仿真3
宋晓华 ,方坤礼
(浙江工业大学 浙西分校 机电系 ,浙江 衢州 324004)
widthkeywidthgearkeyslot键的宽度和齿轮的轮毂键槽宽度尺寸相等5结论为了适应装配的要求使操作者从零件底层几何体素的装配操作中解放出来从而让更多的时间和精力专注于设计验证装配工艺等方面的研究提出了一种基于装配特征识别的装配技术并开发了基于deas的装配平台实践证明这种装配技术能重用装配信息有效的提高装配设计效率
分析模型的运动状况 。启动 ADAM S解算器 ,进行运动分析 。 运动分析完成 ,运动仿真对话框自动弹出 ,可以选择全程或单 步的方式来进行运动仿真 ,即以动画来表现机构的运动过程 。 仿真的结果也可以以图表 ( Graphing)的形式绘出 ,如图 5,它 反映了滑动副 J003,即尖顶从动件位移 、速度 、加速度的信息 。 动画比较直观 ,而图表则量化了运动过程 。从动画和图表可 判断机构的运动结果与设计是一致的 ,从而保证了凸轮机构 设计的准确性 。
基于UGNX的圆柱凸轮轮廓曲线的参数化设计
ｙ ＝Ａｓｎ ｉ
期 。单击 主菜单 中的 “ 工具 ” 一 “ 表达 式 ” ，系统 弹 出 “ 达 式 ” 对话 框 ，单 击 对 话 框 中最 下 面 一 表
行 中的 “ 量 长度 ” 按钮 ，系统 弹 出 “ 测 测量 长度 ”
式 中 ： 为 圆柱 凸轮 的周 长 ；Ａ为 正 弦 曲线 的 振 幅 ，Ａ＝１０ｍｍ。 ２
创 建 凸轮 轮 廓 曲线 设 计 参 数 及 表 达 式 。单 击 主菜单 中的 “ 具 ” 一 “ 达 式 ” 命 令 ，系统 弹 工 表
出如 图 ２所 示 的 “ 达 式 ” 对 话框 。依 次 添 加 正 表
弦曲线设 计 参 数 及 公 式 ， （ 统 变 量 ）＝１ 系 ，Ｘ ＝ Ｌ×Ｔ ，Ｙ＝１０ ｉ （ ４ ０ ，Ｚ ＝０ ２ ｓ ＴＸ１ ４ ） ｎ ，单 击 “ 确
中图分类号 ：Ｔ ３ １７ Ｈ１２ ７７ Ｐ ９ ． ：Ｔ ３ ．４
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０ — ７５ （ ０ １ ２— ０ ６— ２ ０ １ ０ ８ ２ １ ）０ ０ ５ ０
，
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｄｉ ｄ ａ ｔｇ ｓｓ ｃ ｓ ｉ ｃ ｒｅ ｔ ｒｆ ｅ ｅ ｒｅ ｓ ａ ｅ ｏ ｌ ａ ｅ ｅ ｉｎ ｃ ｌｕ ａｉｎ ｌｎ ｒ ｄ ｃ ｅ ｉｎ ｓ ｖ ｎ ａ ｅ ｕ ｈ ａ ｎ ｏ ｒ ｃ ｏ ｌ ｕ ｖ ｈ ｐ ，ｃ ｍｐ ｉ ｔｄ ｄ ｓ ａｃ ｌｔ ｓ ｏ ｇ ｐ ｏ ｕ ｔｄ ｓｇ ａ ｐ ｉ ｃ ｇ ｏ ｃ ｃｅ ｔ ．ｅ ｉｔｉ ｅｃ ｍ ｒ ｆ ｅ ｄ ｓｇ ｉｈ ｔ ｄ ｔ ｎ ｌｄ ｓｇ ｔ ｏ ．Ｉ ｅ ｐ ｎ ｅｔ ｔ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｅａ ｐ ｉａ ｙ ｌ ，ｅｃ ｘ ｓ ｎ ｔ ａ ｐ ｏ ｌ ｅ ｉ ｎ ｗ ｔ ａ ｉ ｏ ａ ｅ ｉ ｎ ｍｅｈ ｄ ｎ ｒ ｓ ｏ ｓ ｏｉ ， ｈ ｓ ａ ｅ ｒ ｓ ｎ ｓｔ ｐ ｌ － ｈ ｉ ｒ ｉ ｈ ｃ
基于UG的盘形凸轮参数化建模及运动仿真
计算机技术应用 《机电技术》2010年第2期基于UG 的盘形凸轮参数化建模及运动仿真谢晓华（永州职业技术学院，湖南 永州 425100)摘 要：利用UG 软件的表达式工具和规律曲线等功能进行凸轮机构参数化建模，并对凸轮机构的工作过程进行运动仿真和运动分析，将设计结果以动画和图表的形式表现出来，可精确、快速地完成凸轮机构的设计。
关键词：UG ；参数化；凸轮；运动仿真中图分类号：TH132.47 文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2010）02-027-03凸轮机构因具有结构简单、运动准确可靠等优点，在机械和自动控制系统中被广泛应用。
凸轮机构设计的关键在于凸轮轮廓曲线的设计，通常的方法是根据从动件的运动规律，应用图解法或解析法来设计凸轮轮廓曲线。
图解法直观、简便，但精度不高，解析法精确但计算繁杂，也不能满足现代设计的需要。
UG 是大型的CAD/CAE/CAM 三维软件，可利用其建模模块的表达式工具和规律曲线等功能，结合解析法进行凸轮机构的三维设计，还可在运动仿真模块中进行运动仿真和运动分析。
1 盘形凸轮运动规律分析及轮廓曲线方程设计一滚子移动从动件盘形凸轮，已知：基圆半径r b =80mm，滚子半径r T =10mm，偏距e=10mm，从动件的升程h=15mm，推程运动角A01=50°，远停程角A02=130°，回程运动角A03=40°，近停程角A04=140°，凸轮厚度为20mm。
设从动件以3-4-5次多项式运动规律上升，以余弦加速度运动规律下降。
根据反转法原理，得到凸轮理论轮廓线方程： x=（s 0 +s）sinφ + ecosφy=（s 0 +s）cosφ - esinφ 式中s 0=22b e -r ，r b 为基圆半径，e 为偏距，s 为从动件位移，φ为凸轮转角。
对于从动件位移s，根据运动规律不同，各阶段计算如下：推程为3-4-5次多项式运动规律：s=h[10(Φ φ)3-15(Φ φ)4+6 (Φφ)5] 远停程：s=h回程为余弦加速度运动规律：s=2h (1+cos φΦπ) 近停程：s=02 盘形凸轮参数化建模2.1 建立表达式方程在UG 建模环境下，点击“工具”下拉菜单的“表达式”命令，在“表达式”对话框中输入以下表达式（也可从表达式数据文件导入）：r b =80 //基圆半径； r T =10 //滚子半径； e=10 //偏距； h=15 //行程；A01=50 //推程运动角； A02=130 //远停程角； A03=40 //回程运动角； A04=140 //近停程角； s0=sqrt(r b ^2-e^2) t=0//推程（3-4-5次多项式运动规律）理论轮廓曲线表达式如下：a1=0 //起始角； b1=50 //终止角；B01=a1*(1-t)+b1*t //凸轮转角； s1=h*(10*(B01/A01)^3-15*(B01/A01)^4+6*(B01/A01)^5) // 升程变量；x1=(s0+s1)*sin(B01)+e*cos(B01) //理论轮廓曲线X 坐标值；y1=(s0+s1)*cos(B01)-e*sin(B01) //理论轮廓曲线Y 坐标值；z1=0 //理论轮廓曲线Z 坐标值； //远停程理论轮廓曲线表达式如下： a2=50 b2=180B02=a2*(1-t)+b2*t s2=hx2=(s0+s2)*sin(B02)+e*cos(B02) y2=(s0+s2)*cos(B02)-e*sin(B02) z2=0//回程（余弦加速度运动规律）理论轮廓曲线表达式如下：a3=180 b3=220B03=a3*(1-t)+b3*t Bn03=B03-180s3= h*(1+cos(180*Bn03/A03))/2 x3=(s0+s3)*sin(B03)+e*cos(B03) y3=(s0+s3)*cos(B03)-e*sin(B03) z3=0//近停程理论轮廓曲线表达式如下： a4=220 b4=360B04=a4*(1-t)+b4*t s4=0x4=(s0+s4)*sin(B04)+e*cos(B04) y4=(s0+s4)*cos(B04)-e*sin(B04) z4=02.2 绘制凸轮理论轮廓曲线执行“规律曲线”命令，选择“根据方程”方式，分别定义各段曲线的坐标x, y, z，最后形成的凸轮理论轮廓曲线，如图1所示。
UG在圆柱凸轮加工中的应用
UG在圆柱凸轮加工中的应用####（**** ****）【摘要】以现有实际零件为例介绍了基于UG的圆柱凸轮建模方法，并运用UG/CAM模块对圆柱凸轮的加工程序编制作了详细的阐述，为此类需要三轴以上的零件的加工提供了参考依据。
关键词：UG；圆柱凸轮；数控加工【Abstract】The article takes cylindrical cam with rectilinear translating follower as an example tointroduce the method of the cylindrical cam parametric modelling based on UG，through motion simulation to analyze and verify the results of modelling，and use UG/CAM module for the tool path of cylindrical cam machining to simulate，which provides a reference for the design and nemercial control machining of the spatialcam mechanism.Key words：UG；Cylindrical cam；NC machining一、引言在常见机构中，经常会应用圆柱凸轮来实现某种工艺动作，圆柱凸轮因其具有体积小、结构紧凑、传递扭矩大和转速高等优点,使其在包装农业机械、纺织、轻工、食品及制药等自动化机械中得到广泛应用。
圆柱凸轮的轮廓曲线位于圆柱面上并绕其轴线旋转，据此，可利用UG 的造型命令来完成圆柱凸轮的建模，利用加工模块完成加工刀路的生成并最终生成加工程序。
Unigraphics( 简称UG) 是一种通用的、功能强大的CAD/CAE/CAM一体化机械工程计算机软件。
基于UG的圆柱凸轮参数化建模与仿真加工
裂纹成核点在微动疲 劳中， 应与微动有关 。但微动的作用 ， 可看
地方 以及其他一些地方 ， 是人们已熟知的并可计算出来 。在微动 疲劳中， 还有微动力引起的宏观应力集 中以及微动表面上的局部 应力集中点 。 微动刚开始时 ， 先是在微动表面上凸峰点接触 ， 摩擦 系数小因而摩擦力小 ， 即微动力小。 随着循环次数增加 ， 凸峰点消 失， 实际接触面积增大 ， 摩擦系数增大， 向力增大。微裂纹往往 切 是在若干次微动循环之后产生 。有的学者从实验结果得 出， 产生 微裂纹的微动循环次数约 占疲劳寿命总循环数 的千分之一。 若总 寿命为 １７次循环 ， ０ 则数千次循环便可产生微裂纹 。
【 ｂｔ ｃ】Ｔ ｅａ ｉｅｔ ｅ ｃｌ ｄｉ ｌ ｏ ｉ ｅｔｉ ａ ａｓ ｔ ｇ ｏ ｏ ｅ ａ ｎ ｘｍ ｌ ｔ Ａ ｓ ａｔ ｈ ｒｃ ａ ｓ ｙ ｎｒ ａ ｃ ｎ ｗｔ ｒ ｉｎ ｒｔｎｌ ｉ ｌｗ ｒ ｓ ｎ ｅａ ｐｅ ｏ ｒ ｔｌ ｋ ｉ ｃ ｉ ｈ ｃ ｌ ｅ ｒ ａｎ ｆ ｌ
５降低微动损害 的措施
根据以上的分析情况可知， 在不考虑环境气体成分 、 高温、 湿 作是—种裂纹成核点形成的外界推动力 ， 而裂纹成核点形成的微 度及腐蚀介质的情况下 ，影响管螺纹微动损伤和微动疲劳强度 、 寿 观机理应是共性的。无论是普通疲劳还是微动疲劳， 裂纹成核点 命 的主要控制参数有：１接触表面及其附近地区的应力场 ， （） 即应力 及微裂纹的萌生点都应在这样的点上 ： 该点所承受的应力 比该点 的大小和分帮清况 。２在载荷循环中， （） 接触表面上的相对滑动量的 周 围的应 力高 ， 应 力集 中点 。 是 人小和分布。（） ３接触表面的摩擦系数。（） ４材料 Ｊ质。 生 个构件宏观上的应力集 中，一般发生在承力截面突变的 针对以上影响因素 ， 为提高管螺纹的密封性能， 实际应用 中
基于Vericut的圆柱沟槽凸轮的加工仿真
基于Vericut 的圆柱沟槽凸轮的加工仿真Machining simulation of cylindrical groove CAM based on Vericut冯超超，王一霖，刘康奇FENG Chao-chao, WANG Yi-lin, LIU Kang-qi（上海理工大学 机械工程学院，上海 200093）摘 要：根据圆柱沟槽凸轮传动机构的运动原理，应用Vericut软件对圆柱沟槽凸轮进行数控仿真加工。
首先根据主动件和从动件的运动机制确认其运动参数，其次根据运动关系模拟实际情况建立机床、毛坯以及刀具模型，然后计算刀具在凸轮上的运动数据编写初加工和精加工程序，最后得出仿真加工结果，确认其正确性并输出加工程序。
关键词：圆柱沟槽凸轮；Vericut；仿真加工中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2021)02-0098-04收稿日期：2019-11-11作者简介：冯超超（1995 -），男，江苏盐城人，硕士研究生，研究方向为机械传动及CAE 应用。
0 引言在机械工程的应用中，圆柱沟槽凸轮机构是一种被广泛应用的传动机构[8]，可用于机械机构中的移动和旋转控制[7]，拥有结构简单、工作可靠和良好的动力学性能的特点[6]，根据设计的不同，能够实现机构不同规律的运动。
机构当中，一般圆柱沟槽凸轮多为主动件。
在设计圆柱沟槽凸轮机构时，需要依据从动件的运动的要求设计出相应的圆柱沟槽凸轮的曲线，从而确保实现从动件要求的运动规律。
实际加工之前，利用加工仿真软件模拟加工既可以比较清晰直观地展示加工过程，又可以检验设计的正确性[5]。
Vericut 软件是一种拥有强大功能的数控加工仿真软件，能够真实地模拟数控加工过程，并且可以对结果得以分析和验证。
本文就采用Vericut 软件建立相应的加工圆柱沟槽凸轮的五轴机床，分析凸轮加工，编写相应的程序，实现加工过程。
1 参数确认在圆柱沟槽凸轮机构中，圆柱沟槽凸轮做等角速度的自转运动，带动与之相配合的从动件转动，达到控制从动件规律性转动的目的，如图1示意图所示。
浅谈基于UG凸轮机构的运动仿真
浅谈基于UG凸轮机构的运动仿真Xxx（xx大学 xx学院江苏xx xxxxx）摘要：介绍如何利用UG软件来完成凸轮机构设计和运动仿真。
应用UG 的表达式工具和规律曲线功能, 精确、快速地生成凸轮实体, 应用UG的运动仿真功能, 再现凸轮机构的运动过程, 检验机构的运动结果是否与设计相一致, 以保证设计的准确性。
[1]关键词: UG ；凸轮；机构；运动仿真；参数化Discussion on the dynamic simulation of cam mechanismbased on UGxxxxx(UGS College, Yancheng Institute of Technology, Yancheng, Jiangsu 224051) Abstract: This article introduces how fulfills the design of the cam mechanism and the motion simulation by UG software. Using the expression tool and the law curve of UG software, the cam entity can be produced precisely and fast. Using the motion simulation of UG software, the whole process of the cam mechanism can reappeared. Whether the result of the movement is consistent with the design can be examined.Key words: UG; Cam ;mechanism;Motion simulation;Parametric0 引言凸轮机构因具有结构简单、运动准确可靠等优点，在机械和自动控制系统中被广泛应用。
基于UGNX的圆柱凸轮设计与仿真
陈春
（ 四川机电职业技术学院 机械工程系，四川 攀枝花 617000）
摘 要： 在 UGNX 软件环境下，通过运动规律的分析，建立了圆柱凸轮理论轮廓的表达式，从而实现了圆柱凸轮的
参数化设计，并通过运动仿真来验证设计结果的正确性。
关键词： 圆柱凸轮 UGNX 轮廓曲线 参数化 仿真
高度 l = 100 mm，从动件升程 h = 50 mm，槽宽 b = 20
mm，槽深 c = 10 mm，已知从动件运动规律如表 2：
表2
从动件运动规律
从动件运动
角度 /°
推程
0° ～ 120°（ 120°）
远休止 120° ～ 180°（ 60°）
回程 180° ～ 300°（ 120°）
近休止 300° ～ 360°（ 60°）
2） 构建 100 圆柱面，将轮廓线缠绕在圆柱面 上，并修剪圆柱面，得如图 2 所示曲面。
3） 使用曲面增厚到 15 mm，并从 100 圆柱中 布尔差，得凸轮的模型（ 如图 3） 。
图 2 槽曲面
图 3 完成的凸轮模型
此方法比较简单、直观，但精度不高，特别是对 于复杂凸轮轮廓，无法进行精确构建。
3 基于 UGNX 解析法设计凸轮模型
1 圆柱凸轮设计过程
对于圆柱 凸 轮 设 计，同 样 是 利 用 反 转 法［1］，与
一般平面凸轮设计不同的是，圆柱凸轮设计中，必须
先根据从动件运动规律做出轮廓的展开图，然后再
根据圆柱 的 直 径，将 理 论 轮 廓 缠 绕 其 上 即 可 完 成。
表 1 是从动件常用运动规律。
表1
从动件常用运动规律特性
（ 1） 圆柱凸轮数学模型 根据圆柱凸轮基本原理可知，其理论轮廓曲线 的参数方程是［1］：
基于ProE 5.0的圆柱凸轮多种建模方法 及其多轴仿真加工研究
根据圆周长公式：C=π*D （1）计算得出该圆柱体外圆柱的周长为100πmm ，由于圆柱体高度尺寸为100mm ，因此展开平面图中的矩形尺寸应为100πmm×100mm 。
根据展平面开图中所标注的尺寸以及A1、A2、A3、A4各点的角度值θAi ，可以按照比例换算确定其坐标位置，换算公式如下：（2）例如A1点的角度值为64°，可按上述公式换算出A1点的纵坐标值：X A1同理，A2、A3、=216.42mm 、X A4根据上分析和尺寸，可在图1圆柱凸轮零件图10ϕ100ϕ20A2A3A1A40°A1点：64°A2点：112°A3点：248°A4点：296°360°该方法建模基本步骤为：选择一个绘图平面，绘制圆ø100mm→拉伸为ø100mm×100mm 圆柱体→选择穿过圆柱体中心轴线的平面根据换算尺寸绘制圆柱凸轮凹槽轮廓展开曲线S1→在编辑菜单中选择包络命令，将曲线投影到圆柱体外圆面得到凹槽轮廓展开曲线空间曲线S2→利用扫描-切口命令选择凹槽轮廓展开曲线空间曲线为扫引轨迹，绘制10mm×12mm 的矩形作为截面得到圆柱凸轮→孔命令绘制ø20通孔。
注意事项如下：①各点坐标值的正确换算，否则无法精确绘制圆柱凸轮。
②为防止运用包络曲线命令时选错圆柱面，ø20通孔应在最后绘制。
2.2圆柱凸轮环形折弯建模方法环形折弯（Toroidal Bend ）命令是一种改变模型形状该方法建模基本步骤为：选择一个绘图平面，绘制100πmm×100mm 的矩形→拉伸100π×100×50mm 长方体选择长方体表面为绘图平面，根据换算尺寸绘制圆柱凸轮凹槽轮廓展开曲线S3→利用扫描-切口命令选择凹槽轮廓展开曲线S3为扫引轨迹，绘制10mm×12mm 的矩形作为截面得到圆柱凸轮凹槽平面展开形状→在“插入”“高级”中选择“环形折弯”命令，在“参照”选项卡下勾选该方法建模基本步骤为：选择一个绘图平面，绘制两个同心圆ø100mm 、ø20mm→拉伸至高度为100mm 的空心圆柱体→插入-模型基准-图形，添加坐标系，根据零件图平面展开所示注尺寸绘制圆柱凸轮凹槽轮廓展开曲线S4→利用可变截面扫描命令选择圆柱体一个端面边线为原点轨迹→点击控制面板上的“草绘”，绘制10mm×12mm的矩形作为截面，同时点击工具-关系，为尺寸S5添加函数关系：sd5=evalgraph （“cam ”，trajpar*360）→移除材料得到圆柱凸轮。
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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。
）
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
万方数据
基于UG的圆柱凸轮参数化建模与仿真加工
作者：高东强， 黎忠炎， 毛志云， GAO Dong-qiang， LI Zhong-yan， MAO Zhi-yun
作者单位：陕西科技大学,西安,710021
刊名：
机械设计与制造
英文刊名：MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE
年，卷(期)：2010(10)
被引用次数：2次
1.部海超.袁守华基于solidwork.圆柱凸轮建模的优化设计 2008(04)
2.石永刚.吴央芳凸轮机构设计与应用创新 2007
3.胡小康.徐六飞UG NX4运动分析培训教程 2006
4.Der Min Tsay.Bor Jeng Lin lmproving the geometry design of cylindrical cams using nonparametric rational B-splines 1996(01)
5.李军谈圆柱凸轮的数控加工 2008(02)
6.刘昌棋.[日]牧野洋.曹西京凸轮机构设计 2005
1.魏胜.李克天.郑德涛圆柱凸轮的参数化设计及数控加工[期刊论文]-精密制造与自动化2001(4)
2.周卿.赵韩.张冰战.吴振华.ZHOU Qing.ZHAO Han.ZHANG Bing-zhan.WU Zhen-hua基于UG NX的直齿圆锥齿轮参数化系统开发[期刊论文]-机械设计与制造2008(7)
3.张继春.王剑峰.ZHANG Jichun.WANG Jianfeng圆柱凸轮机构的参数化造型和运动仿真[期刊论文]-科学技术与工程2006,6(9)
4.房丽娜圆柱分度凸轮机构及其CAD系统[学位论文]2007
1.孟雅俊基于MATLAB与UG的凸轮机构建模与仿真分析[期刊论文]-中国科技信息 2013(4)
2.周保牛大型变角圆柱凸轮的优化设计与制造[期刊论文]-机床与液压 2013(10)
本文链接：/Periodical_jxsjyzz201010082.aspx。