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1、弧面凸轮数控转台的设计3D建模与装配摘要：弧面凸轮机构是一种高速装置，广泛的应用于各种机械传动中。为适应当代社会对弧面凸轮制造加工精度等方面的要求，本设计利用UG强大的二次开发功能，通过运用UG/API语言进行编程，从而开发出弧面凸轮的建模命令，使得弧面凸轮的3D建模与装配变得简单。关键词：弧面凸轮，UG二次开发，3D建模，装配The Design Of Globoidal Indexing Cam NC rotate table3D construction mode and AssemblyAbstract：Globoidal indexing cam mechanism is a hig
2、h speed indexing drivingdevice,it is widely used in many kinds of mechanical transmission .In order to fit the social request of Arc Cam manufacturing and processing precision, this Design used a strong secondary development function of UG. By using UG/API programming, therefore, to develop a modeli
3、ng command Arc Cam. And make it easy to 3D Modeling and assembling.Keywords: Globoidal indexing cam, Secondary development function of UG, 3D Modeling and assembling.第1章 绪论11课题的研究背景弧面凸轮减速器是一种新型、高效的减速器，在国内尚属于研究阶段。该减速器可取代涡轮蜗杆减速器，且具有优良的特性。它可通过调整中心距进行预紧，达到无间隙啮合，长期运转后可保持良好精度，传动效率高，热损耗小。该机构不仅精度高，而且体积小、重量轻
4、、传动效率高、寿命长，适宜于高速高精度及高效率的场合。我国对弧面分度凸轮机构的研究始于20 世纪70 年代末, 上海工业大学, 天津大学、合肥工业大学、吉林工业大学、山东工业大学、陕西科技大学(原西北轻工业学院)、大连轻工业学院、上海工程技术大学等高校以及山东诸城锻压机床厂、西安钟表机械厂、芜湖电工机械厂等厂家都在弧面分度凸轮机构的研究、制造方面取得了一批成果弧面凸轮在经历了几十年的发展后，凸轮机构学的理论研究已经达到较高的水平, 为凸轮机构的设计制造奠定了坚实的理论基础。当今, 凸轮机构的设计已广泛采用解析法并借助计算机来完成, 但目前国内文献介绍的凸轮机构CAD、 CAM 只能设计几种平面
5、或空间凸轮机构。而基于UG软件的二次开发模块开发了弧面凸轮的三维CAD软件，为弧面凸轮数控加工模拟以及建立弧面凸轮的运动仿真系统奠定了基础。因此,现代弧面分度凸轮机构的设计建模技术有着广泛的工程应用背景和研究意义 。随着计算机技术和现代设计理论与方法的迅速发展,三维设计软件尤其是Unigraphics 在机械零件和产品设计中的日益普及，弧面凸轮实体在三维软件特别是在UG中的绘制变得越来越重要。但UG中并无弧面分度凸轮的实体建模命令，这就得要我们借助UG强大的二次开发功能，通过定制弧面凸轮设计界面，达到直接建立三维实体的目的。建模技术是CAD的核心技术，参数化造型技术和特征造型技术是新一代继承化
6、CAD系统应用研究的热点理论。目前国内外对二维图形参数化和简单三维实体的参数化造型较为成熟。对复杂的三维实体的参数化造型尚不多见，特别是弧面分度凸轮这类形状复杂、精确齿形的三维实体参数化造型设计更少。由于弧面凸轮形状复杂，绘制齿形曲线较复杂。并且弧面凸轮各参数间都有严格的函数关系，再加上随着当代机械制造业的不断发展，弧面凸轮的精度要求也越来越高，其实体的绘制较为麻烦。弧面凸轮并不是一个标准件，它的各个参数随着设计要求的不同而不同。如果每设计一个齿轮都要画一个对应的实体部件的话，那不仅增加了设计者的劳动量，还大大降低了设计效率，阻碍了企业的生产和发展。参数化设计是新一代智能化、集成化CAD系统的
7、核心内容，也是当前CAD技术的研究热点。用大型的三维软件实现弧面凸轮的参数化造型已成为设计者的迫切需求，弧面凸轮体参数化造型有重要的意义：（1）弧面凸轮传动的参数化设计与建模系统是CAD技术与弧面凸轮设计相结合的产物，也是两者发展的趋势所在。（2）实现设计过程自动化避免了设计人员手动查阅大量的数据，也避免了手工取点造型的复杂过程，该系统的开发，可以将手算设计的工作人员从繁琐、低效的工作中解放了出来。（3）实现弧面凸轮了的参数化设计以及其精确的造型，可以将设计计算、三维造型与绘制工程图的无缝结合，同时为弧面凸轮的有限元分析、机构仿真和数控加工等工作奠定基础。本课题利用UG的二次开发技术,为解决弧
8、面凸轮参数化设计问题提供了可行的方法,通过直接输入弧面凸轮设计条件，利用计算得出的设计参数进行实体建模,实现弧面凸轮的参数化设计,提高弧面凸轮设计的效率和准确性。亲，由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要的朋友，请联系我的Q&Q:，数万篇现成设计及另有的高端团队绝对可满足您的需要12课题的研究内容和解决方法本课题利用大型软件UGNX5.0来实现弧面凸轮的三维参数化造型，通过改变弧面凸轮的一些基本参数，生成其相应弧面凸轮。要达到相应的设计要求，首先要知道弧面凸轮的廓
9、面方程，画出弧面凸轮模型后，还应知道UG二次开发的知识，灵活运用UG系统提供的二次开发工具，在模型的基础上编制相应的程序，最后完成弧面凸轮参数化设计模块的开发。具体内容和步骤如下：(1) 研究弧面凸轮的廓面方程和各参数间的关系并建立数学模型；(2)深入掌握UG二次开发的各种方法，并熟练运用UG/OPEN 开发工具，在建立弧面凸轮的数学模型的基础上，对各弧面凸轮实现三维参数化造型；(4) 在构建弧面凸轮模块框架的基础上，深入研究菜单的制作技术以确定本课题应采用的最佳菜单制作技术。UG 软件是集CAD/CAM/CAE一体化的三维参数化软件，是当今世界上最为先进的计算机辅助设计、制造和分析软件，在国
10、内使用相当广泛。另外它所提供的二次开发语言模块UG/Open API、UG/Open GRIP和辅助开发模块UG/Open Menu script与UG/Open UI Styler及其良好的高级语言接口，使UG的图形功能和计算功能有机的结合起来，便于用户去开发各种基于自身需要的专用CAD系统。使用UG/Open API和UG/Open GRIP中任何一个模块都能实现UG的二次开发，再结合辅助模块，就能开发出UG界面的应用模块。因此，合理利用UG的二次开发语言模块和辅助模块，就可以实现在UG环境下对弧面凸轮进行参数化设计。第二章 弧面分度凸轮机构设计基础2.1 弧面分度凸轮廓面理论 弧面凸轮的
11、工作廓面是空间不可展曲面，很难用常规的机械制图方法进行测绘，也不能用展成平面轮廓线的方法设计。针对弧面分度凸轮机构实际啮合过程中滚子曲面与弧面凸轮廓面互为共扼曲面的特点，利用空间包络曲面的共扼原理进行设计计算，推导弧面分度凸轮的廓面方程。2.2 共轭曲面原理 共轭曲面是机构中两构件上用以实现给定运动规律连续相切的一对曲面，研究的是相互接触且有相对运动的两个曲面。对于空问共扼曲面问题用图解法求解困难较大，因此一般结合微分几何和刚体运动学，以向量、矩阵或对偶数等为工具的解析法，研究一对共扼曲面的儿何形状与这对曲面相对运动的关系。 已知共轭运动和共扼曲面中的一个曲面，求另一个曲面，是共轭曲面理中的基
12、本问题。求解方法有包络法和运动法等，因包络法比较繁琐，多用运动法求解。与共扼曲线相仿，一对共轭曲面在啮合过程中连续相切的条件是两曲面在接触点处的相对速度应与过该点所作这对共轭曲面的公法线垂直。根据这个原理，在给定的曲面1上任选一点，找出该点进入接触位置曲面所需的转角和位移，用坐标转换法或向量回转法等即可求得接触点在固定空间中的位置，即啮合曲面上的一个对应点。同时也可求出曲面2上的对应点。这样一个一个点求解，最后可求得整个啮合曲面及与曲面1共轭的曲面2。 根据共扼曲面原理，凸轮工作廓面与从动盘滚子曲面间的共轭接触点必须满足下列三个基本条件: (1)在共V- E接触位置，两曲面上相对应的一对共辘接
13、触点必须重合。 (2)在共桃接触点处，两曲面间的相对运动速度必须垂直于其公法线。 (3)两曲面在共轭接触点处必须相切，不产生干涉，且在共轭接触点处无曲率干涉。 根据以上原理，当己知凸轮和分度盘的运动规律之后，就可以由滚子圆柱面方程，通过坐标变换，推导出凸轮廓面方程。2.3 齐次坐标变换 所谓齐次坐标变换，就是要把被变换坐标系描述的矢量变换成用其参考坐标系所描述的矢量。在笛卡尔坐标系oxyz中点(x,y ,z)向另一个笛卡尔坐标系oxyz变换，变换后的坐标(x, y,z)可由下式求得: x= y= z= -坐标系ox yz的原点在坐标系oxyz中的坐标; nx , ny , nz -坐标系ox
14、yz的ox轴对坐标系oxyz的3个方向余弦; -坐标系ox yz的o y轴对坐标系oxyz的3个方向余弦; -坐标系ox yz的o z轴对坐标系oxyz的3个方向余弦。若()是ox yz系的齐次坐标，()是oxyz的齐次坐标，而我们总可以认为，则 1（1）将此式写成矩阵形式，即: 1（2） 那么 1（3）T是一个44阶矩阵，称为笛卡尔坐标系的齐次坐标变换，它沟通了两个坐标系的关系：表示了坐标系中oxyz的点x，经过T变换后变成了坐标系oxyz中的点X。 为oxyz坐标系原点o向oxyz原点o移动的位移矢量。为oxyz坐标系转向oxyz相吻合的旋转矩阵。故齐次坐标变换矩阵可以分解为一个平移和一个
15、旋转矩阵之积 即：1-(4)2.4坐标系的建立 基于共扼曲面原理和齐次坐标变换理论，研究弧面分度凸轮机构的空间啮合曲面的关系和几何参数间的内在联系，需要建立合理的坐标系。坐标系选择的合理与否，不仅影响所要求的廓面方程的形式，也影响推导求解过程中的繁简程度。如图(a)所示，建立笛卡尔右手直角坐标系。 (1)与机架相连的坐标系 坐标系的原点与转盘转动中心重合，X,轴沿转盘转动中心与凸轮中心连线，Y,轴与X,轴组成的平面与转盘的旋转平面平行，Z:轴与转盘的转动轴线重合，按右手法则可知Z,轴垂直纸面向外。 (2)与机架相连的定坐标系 坐标系的原点与凸轮中心重合，轴和,轴重合，轴与凸轮转动轴线重合，选择轴的方向时，应使面对轴的箭头方向看，为逆时针。根据右手法则，Z轴垂直纸面向内，与Y,轴间的夹角为 (3)
