基于三维软件平台弧面分度凸轮机构的CAD/CAM/CAE

摘要

弧面分度凸轮机构因具有结构紧凑、刚性好、传动扭矩大、运动精度高等优点，而广泛应用于各种自动机械中。本文从工程实践出发，以现有的三维造型、加工和分析软件为工具，实现弧面分度凸轮从模型设计，加工制造到动力学分析的流程。论文主要从以下几个方面进行了研究。
　　 首先对弧面凸轮机构和从动件运动规律进行了分析与研究。文章详细介绍了凸轮机构的常用运动规律及运动规律的无量纲化，提出了凸轮机构运动规律选用的原则。文中介绍了弧面分度凸轮的设计参数以及应用共轭曲面理论推导了弧面分度凸轮轮廓面方程。为弧面分度凸轮机构CAD系统开发奠定了基础。
　　 其次重点研究了弧面分度凸轮的加工方法。论文从弧面分度凸轮机构运动误差分析入手，得出弧面凸轮加工误差是弧面分度凸轮机构运动误差的主要原因，由于弧面凸轮轮廓面属于非可展开空间曲面，非等价加工方法只能通过逼近来减小误差，通过对弧面分度凸轮机构的接触线，接触角进行分析，得到了控制刀轴的弧面凸轮廓面加工方程。由于等价加工是现阶段常用的理论上无误差的加工方法，论文推导了五轴数控通用、专用机床等价加工坐标方程。为弧面分度凸轮CAM系统建立了理论基础。
　　 开发了弧面分度凸轮机构CAD/CAM系统。根据弧面分度凸轮廓面设计与加工的基本理论，深入研究了弧面分度凸轮建模的技术要点，以Pro/E为开发平台，以Visual Basic6.0为开发工具，利用面向对象的程序设计方法和可视化界面编程技术实现了弧面分度凸轮机构CAD/CAM系统的开发，该系统可实现不同类型不同运动规律弧面分度凸轮机构的设计，并且可生成直接用于数控加工的NC代码，有效地缩短了弧面分度凸轮设计和制造周期。同时论文尝试应用Pro/E的加工模块实现弧面凸轮刀侧铣削加工，并进行后处理得到加工坐标。
　　 最后运用机械动力学分析软件ADAMS对弧面分度凸轮机构进行多刚体动力学分析，选用三种不同类型的弧面分度凸轮机构建立动力学分析模型，分析输出分度盘角位移、角速度和角加速度曲线，验证了模型的正确性。将弧面分度凸轮机构中的圆柱滚子分度盘用圆弧滚子代替，将分析结果进行对比得到结论，圆弧滚子可以代替圆柱滚子实现运动传递，并且圆弧滚子对于冲击的敏感度较圆柱滚子低。