基于VB 6.0和UG 6.0的盤形凸輪機構CAD系統設計*

冀曉紅

(沈陽理工大學，沈陽 遼寧 110159)

1 引言

隨著社會發展和科技進步，對各種機械的效率、精度、自動化程度要求越來越嚴格。為適應這種發展形勢，作為自動機械常用部件的凸輪機構必須具有特性優良的凸輪曲線和高速、高精度性能。隨著凸輪CAD/CAM軟件技術的發展和數控技術的日益普及，為高速高精度凸輪機構的設計、制造和檢測提供了有利條件。筆者采用Visual Basic 6.0和UG 6.0將設計界面可視化，完成凸輪機構的繁雜計算、圖形繪制、機構運動分析、編制數控加工程序等功能。

2 數學模型建立

以直動平底從動件盤形凸輪機構的設計為例，進行設計分析描述［1］。圖1為直動平底從動件盤形凸輪。

圖1 直動平底從動件盤形凸輪

已知基圓半徑R0、偏距e和從動件運動規律s=s(φ)。選取直角坐標系原點與凸輪回轉中心O重合，y軸與從動件推程方向一致。

機構運動開始時推桿平底與凸輪輪廓線切與起始點B0。根據“反轉法”原理，從動件隨導路反轉φ角后產生位移s，凸輪與從動件平底的接觸點到達B點。此過程可以看作從動件平底與凸輪輪廓線接觸點B0點繞O點反轉φ角，到達基圓上B'點，再沿導路方向移動到B″點，然后再沿平底方向移動到B點，可用下述坐標旋轉和平移變換來描述B點和B0點之間的關系［2］:

則從動件平底與凸輪輪廓切點B(x，y)的坐標可表達為:

式中:xBO=0，yBO=0，ss=s sinηφ，。代入式(2)并整理得平底直動從動件盤形凸輪機構凸輪廓線方程為:

3 Visual Basic和UG軟件設計窗體

此軟件建立的界面需由多個窗體組成，故采用多重窗體程序設計［3］。

3.1 設計過程流程圖

軟件實現其設計功能的結構流程如圖2所示。

圖2 設計結構流程圖

3.2 建立列表窗體

點擊進入VB 6.0的工作界面，選擇新建窗體命令，完成窗體的建立，然后在窗體內添加需要的控件，完成凸輪機構的類型選擇界面列表窗體的建立。如圖3所示。

圖3 凸輪機構的類型選擇界面

3.3 建立設計窗體

(1)設計窗體分別為:直動滾子從動件盤形凸輪機構設計界面、直動平底從動件盤形凸輪機構設計界面、直動尖底從動件盤形凸輪機構設計界面、擺動滾子(尖頂)從動件盤形凸輪機構。點擊進入相應類型的凸輪設計。

(2)編輯VB流程圖，并根據流程圖編寫對象響應事件的程序代碼［3］。如圖4所示。

圖4 VB 6.0內部程序流程圖

(3)保存工程。

(4)測試應用程序(包括運行數據、結果和仿真程度)，找到并排除錯誤。

(5)創建可執行程序［4］。

(6)將VB中的數據導入UG中，在UG環境下對凸輪機構進行三維建模、運動仿真［5］。

4 設計示例及功能展示

已知:從動件的升距h=20 mm，導路偏距e=+10 mm，推程角φ1=120°，遠休止角φ2=60°，回程角φ3=90°，近休止角φ4=90°。推程和回程都為五次多項式運動規律，基圓半徑r0=30mm。

(1)雙擊tljg程序開始按鈕，顯示凸輪機構類型選擇窗體，如圖3所示。

(2)進入到圖3所示界面后，單擊所需設計的凸輪種類圖標，即可進入主設計界面。點擊直動尖頂從動件盤形凸輪機構設計界面，顯示盤形凸輪機構設計窗體，如圖5所示。設計界面中有凸輪的各種設計參數、輸出參數以及各種控制按鍵。

圖5 直動尖頂從動件盤形凸輪機構設計界面

(3)在參數區內輸入已知參數，選擇從動件運動規律，單擊運行按鈕，顯示不同偏置系數的最大壓力角αmax，并生成凸輪輪廓曲線的數據點集，為下面凸輪的三維建模做好數據準備。如圖6所示。

圖6 直動尖頂從動件盤形凸輪機構運動數據分析界面

(4)運動仿真。單擊運動仿真圖標，啟動運動仿真分析過程。運動學分析是按輸入的時間和步數進行分析，如時間設為120s，步數為360步。啟動ADAMS解算器進行運動分析。運動分析完成后，運動仿真對話框自動彈出，選擇播放或單步來進行運動仿真，輸出凸輪機構運動曲線圖。如圖7所示。

圖7 直動尖頂從動件盤形凸輪機構運動曲線分析界面

(5)把VB 6.0中的點文件導入到UG 6.0中。首先對文件進行格式調整，使用記事本打開dat文件，采用空格符代替原有的“，”，具體操作如圖8所示。

圖8 點集的格式修改操作界面

(6)進入UG 6.0后，新建文件，單擊開始，進入建模環境。單擊“插入-曲線-樣條”命令，之后選擇“通過點-文件中的點-并選擇文件”。對已經連接完成的封閉曲線進行拉伸操作完成三維模型的建立:在工具條中單擊拉伸命令，在彈出窗口內輸入需要拉伸的距離，并在選擇意圖窗口內選擇已連接曲線，全部完成后點擊應用命令，完成拉伸操作。

(7)在UG環境下，完成凸輪機構各個部件的三維建模及各個部件間的運動副連接，完成裝配及約束的創建，三維建模完成。如圖9所示。

圖9 凸輪機構三維模型建立

(8)在工具條中，用鼠標單擊動畫命令，選擇靜力/動力分析，時間為10，步數為1000步，單擊應用命令，完成運動模擬仿真。如圖10所示。

圖10 凸輪機構三維運動仿真

5 結論

(1)本設計運用VB 6.0編程，軟件可以生成可視化界面，動態輸入凸輪設計參數，進行凸輪廓線設計、運動分析和運動仿真。得到的數據可存儲，使結果運行可行性加強，為在以后的加工或生產提供有效的數據參數和設計思路。

(2)利用UG進行運動仿真，輸入和輸出的信息在圖形區域顯示出來，不僅可以直觀考察凸輪機構是否滿足設計要求，而且可在界面上修改設計參數來滿足設計要求。

(3)此軟件具有參數優化功能。當動力結果不滿足設計要求時，例如，當最大壓力角αmax≥［α］時，系統會自動增大基圓半徑，重新設計凸輪廓線和運動仿真。

［1］ 申永勝.機械原理教程［M］.北京:清華大學出版社，1999.

［2］ 孫 桓，陳作模，葛文杰.機械原理［M］.第七版.北京:高等教育出版社，2006.

［3］ 楊 晶.VB6.0程序設計教程與實訓［M］.北京:科學出版社，2006.

［4］ 李學志.Visual LISP程序設計［M］.北京:清華大學出版社，2006.

［5］ 張黎驊.UG NX6.0計算機輔助設計與制造實用教程［M］.北京:北京大學出版社，2009.