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1、引言随着计算机的应用日益广泛，在凸轮机构的设计中采用计算机 辅助设计的方法已日益普遍。它不仅使设计工作量大为减少，设计速 度大为提高，而且可大大提高凸轮廓线的设计精度，从而更好的满足 设计要求。凸轮的分类：1. 凸轮按形状分类可以分为：盘状凸轮(plate cam)：具有变化半径盘状体，从动在垂直于凸轮 的平面内作移动或摆动。楔形移动凸轮(wedge cam)：将盘形凸轮一个扇形部分绕在圆锥上-锥形凸轮，即在圆锥体上开有曲线槽，从动件运动与圆柱凸轮 相同。柱状凸轮(cyli ndrical cam):移动凸轮绕在圆柱体上一圆柱凸轮。 实际上是在圆柱体上开有曲线槽端面上做成曲面形状，从动件与在凸
2、 轮轴同一平面或平行平面内移动，摆动。2. 按从动件与凸轮的接触形式分类可以分为：尖底从动件(a knife edge follower)：点接触，易磨损，传 力不大。2.滚子从动件(a roller follower)：线接触：磨损小， 传力大平底从动件 (a flat-face follower) 平面接触，接触处易形成油膜，高速。3. 按从动件的运动形式分类可以分为：往复移动凸轮机构(reciprocati ng)摆动凸轮机构(oscillati ng)4. 按锁合方法分类可以分为：力封闭(弹簧、重力) 形封闭(槽形、等宽矩形、等径、共轭) 凸轮设计的现状传统的盘形凸轮设计主要有图解法和
3、解析法。图解法直观简单， 但是手工作图选取的等分数有限、精度差。以此为基础的手工画线加 工表面精度都比较低。对于从动件运动规律复杂，精度要求高的凸轮， 手工操作难以胜任。随着计算机技术的日益发展，用解析法使绘制从 动件运动规律复杂，精度要求高的凸轮成为可能，并得到日益广泛的 应用。本人这次尝试在解析法的基础上，借助 VB6.0 编制了一个简 化的对心滚子从动件盘形凸轮设计软件。图2设计任务：平面凸轮的数控加工程序的编制设有凸轮如图1所示。凸轮转角t与从动件位移s的关系即凸轮轮廓的展成平面二二图如图2所示。要求分析凸轮的曲线规律，设计一个软件能够用于平面凸轮的参 数化绘图和生成数控加工的代码。即
4、：1. 有一个凸轮设计的友好界面；12. 能够按照用户要求生成凸轮的曲线 轮廓，对于非圆几何形状可采用直线或圆 弧逼近的方法生成曲线；3. 能够生成数控代码；凸轮设计中涉及的有关参数可自行设定，或参考图 2 中的参数。二 设计的主要问题1. 如何通过计算机生成用户所需的凸轮图形；2. 如何得到 NC 加工代码。现在就以上二个问题展开论述。一、如何通过计算机生成用户所需的凸轮图形。在数控编程的学习中，我们学习过几种非圆曲线逼近的方法：（1） 等间距直线逼近法，（2）等弦长直线逼近法，（3）等误差直线逼近法 （4）圆弧逼近法。鉴于等间距直线逼近法比较简单、易懂，而其余 三种方法非常复杂，故本人采用
5、了等间距直线逼近法作曲线的形状。 下面对此方法作简要介绍：零件加工精度要求凭经验选取。求出结点坐标后再验算逼近误差是否 小于允许值。等间距法计算简单，但由于取定的间距应保证曲线曲率最大处的 逼近误差小于允许值，所以程序可能较多。因为目前的数控机床的精度一般为 0.1，故在本软件中，我采用 的间距为0.1mm，即X轴每隔0.1mm取一个点，(如图代码，endl是 指所画的圆弧的开始点，str是终点，stepO.l指每0.1个单位画一 个点，利用循环语句画出所要求的曲线)For i=0 To (eng1-srt) Step 0.1X=iY二h-h*(end1-str)-i厂2/(end1-str厂
6、2FrmView.PicView2.PSet(X,Y),RGB(1000,0,0) ptx(low)=(radius+(Gao+Y)*Sin(Huan+i)*PI/180) pty(low)=(radius+(Gao+Y)*Cos(Huan+i)* PI/180)FrmView.PicView.PSet(ptx(low),pty(low),RGB(1000,0,0)二、如何得到 NC 加工代码。生成NC代码，即要输出*.nc的文本文件。根据NC代码的格式 编写文件。由于题目的凸轮加工也比较简单，所以我决定尝试编写 NC 代码。当然了，编写出来的代码，局限性肯定比较大不能跟 MasterCAM
7、那样，想怎样加工就怎样加工。不过，无论你用哪种方法 得到NC代码，其主体部分肯定相同的。所以，对于自行编写出的NC 代码，我们修改一下代码段的开始部分和结束部分的参数就可以了， 这是很容易的事。三 凸轮曲线及输入参数的确定凸轮从动件的运动规律所用数学表达式的形式常用的主要有多 项式运动规律和三角函数运动规律两大类。I多项式运动规律s = C + C 5 + C 5 2 + . + C 5 n(IT)012n式中5为凸轮的转角；S为凸轮从动件位移；C、C、C、为012 待定系数。而常用的有以下几种多项式运动规律。(1)一次多项式运动规律(速度为常数)s = C + C 5v =匹 KCdt 1(
8、1-2 )01dt设取边界条件为在起点处5二0，s二0.在终点处 5=5，s二h0，回程时 h 取负值。二次多项式运动规律（加速度为常数）等加速运动方程：等减速运动方程：h2h(s0aBC0.AII三角函数运动规律 余弦加速度运动规律（简谐运动规律）从动件的加速度余弦规律变化，其运动方程为s = h 1 - cos(兀 / 0 ) / 2 正弦加速度运动规律( 摆线运动规律)从动件的加速度按正弦规律变化，其运动方程为s 二 h ( / ) - s i n2 叹/ ) / 2 兀00sA其中：等速运于凸轮I7r的范围，而对于凸轮的具体运用场合如对心直推，偏置直动推杆盘状 凸轮机构，摆动推杆，平底
9、推杆等情况也不予考虑，同时也忽略了对余弦加速度运动：、/&、/动:3P21击；等加速、等减速:击力较小丄正弦加速度运动:的曲线函数还有很多，如五项式、高次冲击较大;谐波等，在此不作为设计设计完成的凸轮的冲击力情况的讨论。四 设计的思路及步骤基于上述观点，在输出DXF文件方面，在此本人用第二种方法， 直接编写DXF文件。而题目要求此软件要有一个友好的界面，Visual Basic 语言完全能达到这个要求。软件实现的功能是接受用户输入， 作出平面凸轮图形，输出DXF文件及NC代码。具体的步骤是一、 设计用户界面。在 Visual Basic 6.0 中，界面的设计是轻而易举的事情。在这 就不加以介
10、绍，而我这次设计的“平面凸轮计算机辅助设计”软件界 面有两类，一是接受用户输入凸轮的主参数及图形的窗口，二是导出 NC 代码的数控参数输入窗口。主界面如下图：在软件中，我提供了凸轮设计中所用到的最基本的五条曲线方程给用户选择，曲线方程的重复无限次。其中的关键的如何把输入的方程首尾相接，形成凸轮。而我是从凸轮的展开图入手的。因为要输入的曲线都有一个共同特征，x=0时，f(x)=0。所以我编程时使上一次输入曲线的末点坐标成为下一次输入曲线的原点，问题就解决了。本次的终点(NumEnd是指本次输入曲线的终点，area是指后一条曲线的开始点，即把 作为后段曲线始点)如下图：曲线段魏:4f等速运动方程1
11、11区然后把展开图的直角坐标系转换为平面图的极坐标系即可得到凸轮真实的图形。为了下一步输入DXF文件及NC代码，所以我定义了一 个全局静态数组把作图时得到的点保存起来。三、输入DXF图形交换文件及NC加工代码。有了上面留下来的点的数值，只要编写好接口程序，就可以得到DXF文件，NC代码了。至于DXF文件的格式请参阅“设计的主要问题”部分。六、使用步骤说明及效果图1、输入凸轮各基本参数2、选择运动曲线类型3、输入NC加工参数进錨速率下刀速率退刀速率主轴转速*绝对坐标r相对坐标刀具半径进给深度循环浜数*无R具补偿r左补&41右补G425、生成NC代码七设计小结在整个课程设计过程中，我体会最深的就是
12、，在遇到困难的时候， 要学会查找相关资料，通过对资料的学习，找出解决问题的方法。这 样，既可以锻炼自己独立解决问题的能力，又可以提高自己的自学能 力。设计的两个重要环节，一是要掌握好凸轮的相关知识， 二是要 学会如何在计算机上实现。在设计界面的时候，力求简单，易操作， 功能齐全。尽量让初次使用者都能很容易上手使用 。本软件的不足 之处很多，其中一个就是有时生成的凸轮曲线之间连接处并非圆滑过 渡。会带来很大的冲击力，因此要进行后处理才能使用。在判断输入 参数是否合理，和一些出错处理上还不够完善，因此还有很多地方需 要改进的。本软件只是作为一次学习，一次尝试，以抛砖引玉，其实际意义 还不大。在此期
13、待老师提出更好的建议，以便完善本软件。附部分源程序模块Option ExplicitPublic ptx(3600) As Double Public pty(3600) As Double Public low As DoublePublic countnum As Integer Public Const PI = 3.14159 Public area As Double Public sch As DoublePublic tch As Double Public Huan As DoublePublic Gao As Double曲线存储点数组由于存储最终输出的点数组下标 存储当前为
14、第几段曲线输入的值存储角度范围的值总升程输入曲线的推程坐标变换数据Public a1 As String, a2 As String, a3 As StringPublic b1 As DoublePublic savetime As DoublePublic i As DoubleFrmView 主窗口Option ExplicitDim j%Public bch As String, zbx As String, M As Integer, sd As StringPrivate Sub CmbSlect_Click() Select Case CmbSlect.ListIndex Case 0 dengjiasu.NumStr.Text = dengjiasu.NumEnd.Text = dengjiasu.NumH.Text = dengjiasu.NumStr.Text = area dengjiasu.NumStr.Enabled = False dengjiasu.NumEnd.Enabled = True选择曲线类型等加速运动 清空 Text 文本框 设定 default 范围If CountAll.Caption = Coun
