弧面分度凸轮机构CAD/CAM/CNC集成研究

摘要

弧面分度凸轮机构是自动机械中的核心传动装置，具有结构紧凑、性能可靠等优点，广泛应用于轻工机械、纺织机械、数控机床等领域。但是，由于结构的复杂性，设计和制造十分困难，目前我国在弧面凸轮的设计和制造水平上与国外和台湾地区相比还有较大差距，国产弧面凸轮承载能力差、可靠性差、使用寿命短，严重制约了国产弧面分度凸轮机构产品的应用开发。因此，对弧面分度凸轮机构的设计制造理论进行深入研究，大力推进弧面分度凸轮机构CAD/CAM/CNC集成系统的开发应用具有重要意义。
　　 为此，本文从提高弧面凸轮加工质量和优化设计手段出发，建立了能有效控制编程误差的刀轨优化方法和弧面分度凸轮机构弹性变形静力分析方法，最后研制开发了弧面分度凸轮机构CAD/CAM/CNC集成系统。具体研究工作如下：
　　 1)分析总结了弧面分度凸轮机构的研究现状与存在的问题，同时对其设计制造的基本理论进行了较全面的概括，阐述归纳了弧面凸轮的加工方法及特点，尤其对普通数控加工工艺方案进行了深入分析。
　　 2)在探讨弧面凸轮传统等步长编程加工编程误差的基础上，建立了非等步长编程和自适应直接插补两种刀轨优化方法。包括非等步长编程刀轨生成流程的设计，基于数据采样的弧面分度凸轮自适应直接插补算法的推导及其G指令格式的定义。并通过加工模拟实例予以算法验证。
　　 3)针对弧面分度凸轮机构产品设计需要，建立了弧面分度凸轮机构的弹性变形静力分析模型与流程。通过深入分析啮合传动的受力情况，确定了相应的有限元模型及其计算流程，并利用有限元软件MSC.Marc进行了实例计算。
　　 4)基于上述研究，开发研制了弧面分度凸轮机构CAD/CAM/CNC集成系统。基于UGII平台，利用VC++6.0和UG/Open API开发工具，实现了间歇分度弧面凸轮机构和连续分度弧面凸轮机构的三维实体建模、四轴和五轴数控加工模拟、刀位数据和数控代码自动生成，以及与数控机床之间的通讯传输加工等功能。
　　 综上，本文建立的弧面分度凸轮两种刀轨优化方法，为弧面凸轮高速、高精度加工提供了理论依据。弹性变形静力分析，摆脱了凭经验估算其极限承载能力的落后局面，奠定了自适应优化设计的基础。CAD/CAM/CNC集成系统，为弧面分度凸轮机构的设计制造提供了软件支持，同时为后续研究构建了综合有效平台。