基于工作过程的圆柱凸轮参数化造型与数控加工

陶维利

(武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050)

凸轮机构由于结构简单紧凑，能使从动件实现任意的预期运动，广泛应用于机床、纺织机械、印刷机械、包装机械、食品机械、各种轻工机械和机电一体化等自动和半自动设备中。圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件。传统的凸轮机构设计方法一般采用作图法和解析法，它们都是基于二维的设计方法，主要用于平面凸轮的设计，现在无论是平面凸轮还是空间凸轮，一般都用计算机软件来设计，如UG NX、Pro/E、Solidworks等CAD/CAM/CAE软件，本文利用UG NX为平台，介绍圆柱凸轮参数化造型的一种新方法--基于凸轮工作过程的造型方法，即模拟凸轮的实际工作过程来造型，提高了造型精度，并且利用UG NX的CAM模块对该圆柱凸轮进行数控加工程序设计。

1 圆柱凸轮的参数化造型

凸轮从动件的运动规律有多项式运动规律(如匀速运动、等加等减速运动和高阶多项式运动规律)、三角函数基本运动规律(如余弦加速度运动和正弦加速度运动规律)以及组合运动规律，本文以推程为等加等减速运动回程为匀速直线运动的圆柱凸轮为例来介绍其参数化造型方法和过程，该圆柱凸轮的基本参数为：从动件行程h=50mm，凸轮基圆半径r=30mm，槽宽b=24mm，槽深h1=18mm，推程为等加等减速运动，推程角a1=120°，远休止角a2=90°，回程为匀速直线运动，回程角a3=80°，近休止角a4=70°。

1.1 推导UG表达式

根据凸轮的运动规律，我们不难写出凸轮在各个阶段的转角φ-行程h方程[1]：