应用于ATC装置的新型组合凸轮机构设计与运动仿真

摘要

自动换刀装置(ATC)是数控加工中心所不可缺少的。采用空间凸轮作为其传动机构有利于保证高速度、高精度；但是也存在一些久攻未克的难题。例如高精度无侧隙啮合与磨损的矛盾，另外接触变形，不但破坏了共轭条件，而且降低了凸轮轮齿与滚子之间的啮合刚度，影响系统动态性能。 求解这些问题，采用双半球形滚子齿式弧面凸轮分度机构，是一种有效选择。这类高副传动机构的理论和制造，已经有相当深厚的基础，有许多可以直接应用于ATC的2成熟技术。本论文工作的任务是针对目前存在的问题，设计一种新型组合式双半球形滚子齿式弧面凸轮分度机构。 论文工作分为两部分： 其一是以理论分析为基础，提出设计方案。包括运动规律、共轭特征、点啮合方程、接触迹与接触域等。从而确立系统的几何模型。 其二是利用现有工具软件Pro/Engineer对双半球形滚子齿式弧面凸轮分度机构和ATC其他部件进行实体建模。 通过运动仿真，证实所设计的系统具有良好的运动性能，达到了预期的设计目的。另外还用ANSYS分析箱体结构性能，校核了设计方案的可靠性。

目录

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第一章绪论

1.1加工中心自动换刀装置的发展和特点分析

1.2凸轮式自动换刀装置的特点及分析

1.3自动换刀机械手目前的发展趋势和我国的现状

1.4本课题的内容和主要工作

第二章ATC运动循环图的设计和凸轮从动件运动规律的选择

2.1自动换刀机械手运动循环图的设计

2.1.1执行机构运动循环图的确定

2.2凸轮从动件运动规律的选择

2.2.1运动规律的基本概念

2.2.2运动规律的选择原则

2.2.3凸轮从动件常用运动规律分析

2.2.4自动换刀机械手中凸轮从动件运动规律的选择

第三章双半球型滚子齿式弧面凸轮分度机构的媒介点啮合技术

3.1双半球形滚子齿式弧面凸轮分度机构的啮合原理

3.1.1坐标系的建立

3.1.2共轭条件及其廓面方程的求解

3.1.3双半球滚子齿式弧面凸轮分度机构的啮合特性分析

3.2媒介点啮合的技术

3.2.1媒介点啮合的由来

3.2.2点啮合的媒介共轭方法

3.3媒介点啮合的诱导曲率和接触域

3.3.1点啮合的诱导曲率

3.3.2点啮合的接触迹

3.4双半球形滚子齿式弧面凸轮分度机构的点啮合方法

3.4.1双半球形滚子齿式弧面凸轮分度机构点啮合方案构思

3.4.2双半球形滚子齿式弧面凸轮分度机构的接触迹

3.4.3双半球形滚子齿式弧面凸轮分度机构的诱导曲率和接触域

第四章基于Pro/E的新型组合凸轮机构的设计及运动仿真

4.1概述

4.2自动换刀机械手的主要设计参数

4.2.1 ATC换刀时间

4.2.2分度盘滚子数Z

4.2.3 ATC中心距和分度盘节圆直径

4.3自动换刀机械手的部分设计参数设计计算

4.3.1部分设计参数计算

4.3.2设计参数小结

4.4分度凸轮的三维实体模型的建立

4.4.1刀具中心轨迹方程的建立

4.4.2弧面凸轮坯体的建立

4.4.3分度盘实体模型的建立

4.4.4刀具中心轨迹线的生成

4.4.5分度凸轮工作廓面的生成

4.5 ATC中组合机构的分析

4.5.1机构的位移分析

4.5.2机构的速度分析

4.5.3机构的加速度分析

4.5.4分度盘的位移、速度和加速度曲线

4.6双半球滚子齿式分度盘的三维实体造型

4.7弧面凸轮分度机构的运动仿真

4.7.1创建凸轮随动件连接

4.7.2定义伺服马达

4.7.3运动仿真及分析

4.8平面槽凸轮的设计

4.8.1滚子中心轨迹

4.8.2槽凸轮工作廓面的生成

4.9新型ATC装置中的组合凸轮机构设计

第五章 ATC装置箱体的有限元分析

5.1 ATC装置模型的建立与导入

5.2设定材料特性和单元属性

5.3划分网格

5.4设置约束和加载

5.5有限元计算和分析

第六章结论及展望

参考文献

致谢