1.引言

　　隨著機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化能力的不斷提高，作為自動(dòng)化機(jī)構(gòu)中的一種——凸輪機(jī)構(gòu)，其在機(jī)械設(shè)備中用運(yùn)越來越廣泛，但由于其控制運(yùn)動(dòng)異常復(fù)雜且控制精度要求很高，因此給凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加工造成困難，運(yùn)用傳統(tǒng)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式，其設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)且難度相當(dāng)大。現(xiàn)介紹一種運(yùn)用Pro/E軟件來完成凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證的有效方法，在自動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面不失為一種值得推廣的設(shè)計(jì)新思路。

　　2.造型分析

　　凸輪按照其使用功能和形狀可分為圓柱凸輪、盤形凸輪和移動(dòng)凸輪。從凸輪的原理來分析，凸輪的輪廓形狀取決于從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，運(yùn)動(dòng)規(guī)律就是設(shè)計(jì)凸輪時(shí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。因此必須尋找一種可以將從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與凸輪的輪廓形狀很好的聯(lián)系起來的設(shè)計(jì)方法。

　　因此，可以用運(yùn)Pro/E軟件中的圖形(GEAPH)命令作出從動(dòng)件的位移線圖，在應(yīng)用Pro/E軟件中提供的變截面掃描命令利用關(guān)系式將剛才所做的圖形加載到截面的某個(gè)尺寸上，在掃描的過程中，截面會(huì)隨著從動(dòng)件的位移線圖而不斷改變，當(dāng)掃描完成360°后，整個(gè)凸輪的形狀就完成了。

　　3.造型過程

　　以下就一個(gè)盤形凸輪的造型過程詳細(xì)說明此種凸輪的設(shè)計(jì)思路。零件如圖1所示。

圖1 盤形凸輪零件圖

　　步驟1：基礎(chǔ)特征造型

　　使用拉伸命令作一圓柱形基礎(chǔ)特征，草圖和拉伸后的特征如圖2所示。

圖2 草圖及拉伸特征

　　步驟2：創(chuàng)建方程曲線

　　在“基準(zhǔn)” 工具欄中單擊“插入基準(zhǔn)曲線”按鈕，在彈出的菜單管理器中選則“從方程”選項(xiàng)，單擊“完成”，如圖3中所示。彈出“曲線”對(duì)話框和次級(jí)菜單。根據(jù)系統(tǒng)提示選擇系統(tǒng)默認(rèn)坐標(biāo)系PRT_CSYS_DEF。在下一級(jí)菜單中選擇“笛卡爾”坐標(biāo)系(如圖5、6所示)，隨后彈出記事本中定義曲線方程，該方程就是從動(dòng)件的位移曲線方程，根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，可編寫不同的曲線方程。

圖3 曲線菜單 1

圖4 “曲線”對(duì)話框

圖5 曲線菜單2

圖6 曲線菜單 3

　　在記事本輸入圖5所示的方程，保存并退出記事本。

圖7 曲線方程

圖8 生成的曲線(圖中紅色部分)

　　選擇菜單“文件/保存副本”，保存格式為IGES，給定輸出名稱“cuve1”，在隨后彈出的“輸出IGES”對(duì)話框中選則“基準(zhǔn)曲線和點(diǎn)”復(fù)選框，單擊確定，完成IGES文件輸出。

圖9 “輸出IGES”對(duì)話框

　　步驟3：創(chuàng)建圖形特征

　　選擇菜單“插入/模型基準(zhǔn)/圖形”選項(xiàng)，根據(jù)系統(tǒng)提示在消息輸入圖形名稱cuve2，確定后進(jìn)入草繪模式。在草繪模式中，在繪圖區(qū)繪制一個(gè)坐標(biāo)系，同時(shí)繪制兩條通過此坐標(biāo)系的中心線。選擇菜單“草繪/數(shù)據(jù)來自文件”選項(xiàng)，選擇剛才輸出的“cuve1.igs”文件，打開后，在“縮放旋轉(zhuǎn)”對(duì)話框輸入比例和角度，拖動(dòng)曲線至適當(dāng)位置，單擊確定按鈕推出。在草繪模式中對(duì)曲線進(jìn)行編輯增加，最終結(jié)果如圖10中所示。

圖10 最終曲線

　　步驟4：創(chuàng)建變剖面掃描特征

　　選擇菜單“插入/可變剖面掃描”命令，單擊草繪按鈕，進(jìn)入草繪模式繪制如圖11所示的剖面。

圖11 剖面

　　選擇菜單“工具/關(guān)系”選項(xiàng)，將需要驅(qū)動(dòng)的尺寸附加到上步所建圖形上，實(shí)現(xiàn)在掃描過程中尺寸的實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)。具體方法就是在彈出的“關(guān)系”對(duì)話框中輸入圖12中所示的關(guān)系式，單擊確定按鈕退出草繪模式。

圖12 “關(guān)系”對(duì)話框

　　單擊控制板中的確定按鈕，則最終完成凸輪輪廓的繪制，如圖13所示。

圖13 凸輪模型

　　步驟5：創(chuàng)建孔特征及修飾特征

　　最終凸輪模型如圖14中所示：

圖14 最終模型

　　4.其它類型凸輪繪制舉例

　　如下圖中所示的槽形凸輪和移動(dòng)凸輪，其做法與盤形凸輪的造型過程基本類似，只是需要驅(qū)動(dòng)的尺寸不同。圖17中的凸輪為作者在工作中實(shí)際遇到的一個(gè)實(shí)例，具體要求如下：在外徑為40，內(nèi)孔為32的空心圓柱端面構(gòu)建一漸變曲面，以截面圓環(huán)的一條類半徑為所要建立曲面的母線，沿內(nèi)孔圓周旋轉(zhuǎn)360，在0°～180°范圍內(nèi)，要求每轉(zhuǎn)9°，母線與圓柱端面的夾角增加10′，在180°～360°范圍內(nèi)，要求每轉(zhuǎn)9°，母線與圓柱端面的夾角減少10′，其造型過程與上類似。

圖15 槽形凸輪

圖16 移動(dòng)凸輪