二維與三維凸輪CAD/CAM系統(tǒng)的研究與開發(fā)

崔永波

摘 要：結(jié)合當(dāng)前凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用概況，可知其在各類機(jī)械中的應(yīng)用效果良好。結(jié)合當(dāng)前數(shù)控加工技術(shù)的快速發(fā)展，可知注重CAD/CAM系統(tǒng)的深入研究，提高其開發(fā)效率，對于凸輪機(jī)構(gòu)性能可靠性增強(qiáng)至關(guān)重要。基于此，文章就二維與三維凸輪CAD/CAM系統(tǒng)的研究與開發(fā)展開論述，以便為凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用范圍擴(kuò)大提高保障。

關(guān)鍵詞：凸輪機(jī)構(gòu)；CAD/CAM系統(tǒng)；開發(fā)效率；數(shù)控加工技術(shù)

數(shù)控加工技術(shù)與程序編制系統(tǒng)的快速發(fā)展，為凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化帶來了重要的保障作用。為了滿足凸輪結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造的實(shí)際需求，提高其加工精度，應(yīng)注重圖形交互自動(dòng)編程系統(tǒng)的合理運(yùn)用，擴(kuò)大二維與三維凸輪CAD/CAM系統(tǒng)軟件的實(shí)際應(yīng)用范圍，促使其有效利用能夠保持凸輪加工作業(yè)高效性，避免構(gòu)件加工中產(chǎn)生較大誤差。

1 凸輪機(jī)構(gòu)概述

結(jié)合生產(chǎn)自動(dòng)線、自動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況，可知具體生產(chǎn)中對相關(guān)結(jié)構(gòu)有著較好的要求，從而保持機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律良好性。因此，需要注重凸輪機(jī)構(gòu)的有效使用。通過對凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用狀況的深入分析，可知其是由機(jī)架、從動(dòng)件及凸輪共同組成的。其中的主動(dòng)件是凸輪，工作中以等速連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)方式完成相應(yīng)的作業(yè)計(jì)劃，進(jìn)而帶動(dòng)從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用中具有剛性好、傳遞轉(zhuǎn)矩大、體積小等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械領(lǐng)域中具有良好的市場應(yīng)用前景。但是，由于其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，客觀地影響了凸輪機(jī)構(gòu)加工精度，一定程度上為其應(yīng)用范圍擴(kuò)大帶來了限制作用，需要構(gòu)建功能強(qiáng)大的二維與三維凸輪CAD/CAM系統(tǒng)，提高其加工精度。

2 凸輪設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

為了提高凸輪利用效率，確保其加工質(zhì)量可靠性，應(yīng)注重凸輪的科學(xué)設(shè)計(jì)，降低凸輪實(shí)際應(yīng)用中存在問題概率。因此，需要明確凸輪設(shè)計(jì)要點(diǎn)。具體表現(xiàn)在以下方面：

2.1 注重盤形凸輪的科學(xué)設(shè)計(jì)

在對盤形凸輪進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為了增強(qiáng)其設(shè)計(jì)效果，結(jié)合凸輪的輪廊曲線，應(yīng)采用非圓曲線逼近法生產(chǎn)符合凸輪特點(diǎn)的輪廓曲線，進(jìn)而為后續(xù)加工計(jì)劃實(shí)施提供參考依據(jù)。實(shí)際操作中應(yīng)通過等間距直線逼近法進(jìn)行操作：在平面坐標(biāo)系中將凸輪曲線上對應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)值標(biāo)記出來并進(jìn)行連線，可得到符合加工要求的曲線。因此，盤形凸輪加工中應(yīng)注重直線逼近法運(yùn)用。同時(shí)，在處理其加工誤差的過程中，應(yīng)注重等誤差圓弧逼近算法運(yùn)用，并對凸輪曲線的圓弧進(jìn)行過渡處理，充分考慮偏置移動(dòng)及對心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪設(shè)計(jì)合理性，從而為盤形凸輪的正常使用提供保障。

2.2 加強(qiáng)圓形凸輪及圓柱分度凸輪的合理設(shè)計(jì)

在圓形凸輪設(shè)計(jì)的過程中，存在著這些方面的問題：（1）在獲取圓形凸輪非圓曲線時(shí)，為了保持良好的設(shè)計(jì)效果，應(yīng)采用直線逼近法或是圓弧曲線逼近法；（2）設(shè)計(jì)中采用數(shù)控代碼的方式完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作時(shí)，其中包含的數(shù)控分度頭的轉(zhuǎn)角指令如何生成，且其在不同方向與其它指令的配合效果如何等。為了有效的處理這些問題，圓形凸輪設(shè)計(jì)中應(yīng)對曲線逼近方式及壓力角校核進(jìn)行充分考慮，增強(qiáng)其設(shè)計(jì)合理性。

在圓形分度凸輪設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)結(jié)合其使用功能及應(yīng)用需求，對凸輪曲線進(jìn)行科學(xué)計(jì)算與修正，通過計(jì)算機(jī)三維空間模擬分析作用，增強(qiáng)其圓弧線計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性，降低設(shè)計(jì)中問題出現(xiàn)的概率，并對圓形分度凸輪壓力角進(jìn)行校核，將其誤差控制在合理的范圍內(nèi)，促使圓形分度凸輪設(shè)計(jì)能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)計(jì)劃要求。

2.3 重視空間曲線柱形凸輪的有效設(shè)計(jì)

開展空間曲線柱形凸輪設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)根據(jù)具有二維運(yùn)動(dòng)方式從動(dòng)件的實(shí)際要求，注重兩個(gè)凸輪的配合使用。因此，凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)結(jié)合實(shí)踐過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡對從動(dòng)件復(fù)雜的二維運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三維空間中對凸輪曲線的模擬分析，生成與之相關(guān)的空間曲線，從而為該凸輪結(jié)構(gòu)曲線過渡問題處理提供保障。

3 二維與三維凸輪CAD/CAM系統(tǒng)構(gòu)建要點(diǎn)分析

為了提高不同類型凸輪機(jī)構(gòu)的加工精度，降低凸輪長期使用中的故障發(fā)生率，應(yīng)從不同的方面入手構(gòu)建出二維與三維凸輪CAD/cam系統(tǒng)，并設(shè)置這些方面的功能：能夠根據(jù)編程語言要求設(shè)置相應(yīng)的工藝參數(shù)；具有良好的加工處理機(jī)制；對圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理；保持各構(gòu)件設(shè)計(jì)與造成良好性；對設(shè)計(jì)中生成的代碼進(jìn)行仿真等。系統(tǒng)中凸輪CAD/CAM軟件總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

如圖1所示，在設(shè)置系統(tǒng)中的凸輪軟件總體結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)這些模塊設(shè)置：參數(shù)信息錄入模塊；參數(shù)初步檢驗(yàn)?zāi)K；圖形生成模塊；圖形檢驗(yàn)及誤差分析模塊；工藝參數(shù)獲取及處理模塊；后置處理模塊；加工仿真與數(shù)據(jù)通訊模塊。

當(dāng)所有的模塊設(shè)置完成后，應(yīng)對選擇的軟件功能進(jìn)行充分考慮，確保該軟件能夠滿足盤形凸輪、圓形分度凸輪及其他凸輪的設(shè)計(jì)需求，并了解軟件中圖形生成界面、顯示窗口界面等不同界面的實(shí)際功能，確保二維與三維CAD/CAM系統(tǒng)正常運(yùn)用能夠提高凸輪機(jī)構(gòu)加工精度，優(yōu)化凸輪服務(wù)功能的同時(shí)延長其使用壽命。與此同時(shí)，在運(yùn)用軟件進(jìn)行凸輪曲線模擬仿真時(shí)，應(yīng)關(guān)注其中的提示信息，并對各工藝參數(shù)的選擇合理性進(jìn)行綜合評估，實(shí)現(xiàn)的CAD/CAM系統(tǒng)的高效利用，加強(qiáng)對凸輪加工誤差的嚴(yán)格把控，滿足機(jī)械領(lǐng)域生產(chǎn)活動(dòng)的多樣化需求。注重這些方面的有效操作，有利于加強(qiáng)凸輪加工精度控制，擴(kuò)大二維與三維凸輪CAD/CAM系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用范圍。

4 結(jié)束語

當(dāng)前形勢下對于凸輪加工精度及加工效率提出了更高的要求，需要其加工作業(yè)開展中技術(shù)人員能夠充分地發(fā)揮CAD/CAM系統(tǒng)優(yōu)勢，加強(qiáng)CAD/CAM軟件中存在應(yīng)用問題的有效處理，根據(jù)用戶的實(shí)際需求做好參數(shù)設(shè)計(jì)工作，促使凸輪加工能夠達(dá)到預(yù)期效果。因此，未來凸輪加工中應(yīng)提高對CAD/CAM系統(tǒng)的正確認(rèn)識(shí)，最大限度地發(fā)揮凸輪正常使用要求，確保其加工精度準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1]劉學(xué)串，楊先海.平行分度凸輪CAD/CAM系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011（05）.

[2]李蕾.基于三維軟件系統(tǒng)圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)的CAD/CAM/CAE[D].陜西科技大學(xué)，2014（03）.

[3]姜博.圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].延邊大學(xué)，2013（06）.