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基于UG的圆柱凸轮模型全参数化设计_图文

基于UG的圆柱凸轮模型全参数化设计
第六图书馆 在UG设计环境下,以从动件运动规律的数学分析为基础,建立正确的UG表达式,使设计实现了参数化,加工实现了数字化。在UG设计 环境下,以从动件运动规律的数学分析为基础,建立正确的UG表达式,使设计实现了参数化,加工实现了数字化。UG 化 设计制造技术与机床韩玉林宝鸡职业技术学院,陕西宝鸡7210042007第六图书馆 凸轮 参数

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设计与研究 Dia  eh en d s『 s  R a  g ne C

基于 U G的圆柱 凸轮模型全参数 化设计 
韩玉林 
( 宝鸡职业技术学院, 陕西 宝鸡 7 10 ) 204 
摘 要 ; U 设计 环境 下 。 在 G 以从动 件运 动规律 的 数学分 析为 基础 。 建立 正确 的 UG 表达式 。 设计 实现 了参  使
数化 。 工实现 了数 字化 。 加  

关键 词 : G  凸轮 U

参数 化

设计 

F l P r mee ie   sg   fCyid ia  m  d l a e   n UG  ul a a t r d De in o  l r l   z n c Ca Mo e  s d o   B
HAN  ln Yu i  

( a i o a oa T cn l yC l g ,B li 2 0 4 C N) B l  ct n l eh oo   ol e a   10 , H   V i   g e 7

凸轮设计 的关 键 是设 计 凸 轮 工 作 部 分 的 轮 廓 曲 

() 3 凸轮又转过 10 时从动件按余弦加速度运动  2。
规 律 回程 h  ; ( ) 后 凸轮转 过 6 。 4最 0 时从 动件 又停止 不动 。  

线。传统的凸轮轮廓曲线设计方法有作图法和解析法 
两 种 , 图法 简便 、 作 直观 , 但作 图误差 较大 , 于获得 凸  难

轮轮廓曲线上各点的精确坐标 。对于圆柱 凸轮设计难  度更大 , 因为圆柱凸轮的轮廓曲线是一条封闭的空间  曲线 , 以用作图法所获得的轮廓数据加工的凸轮只  所 能用于低速或不重要的场合。对于高速和精确度要求  较高的凸轮 , 必须建立凸轮理论 轮廓 曲线 ( 或实 际轮  廓 曲线) 的坐标方程 , 并精确计算轮廓上各点坐标 , 以  适应在数控机床 上加工。随着计算机技术 的发展 , 采  用解析法设计轮廓曲线已成为凸轮设计的重要方法。  
方法和 实例 。  

根据以上条件设 计凸轮 的实际轮廓 曲线 , 并生成  凸轮的三维实体。  

2 数学模型 的建立   
根据 机械 原理 知识 , 圆柱 凸轮 理 论 轮廓 曲线 参数 

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方 程为 


i0 COs   t - /

本文介绍基于 U G下 圆柱 凸轮模型参数化设计的 

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= S  

Y='i /s o 

( 。 ≤3 0 ) 0  6 。 

1 基 于 U 的设计方法    G
尽管解析法设计解决 了凸轮的精度 问题 , 但要得  到完整的凸轮轮廓 曲线就要编制复杂 的程序 , 给设 计  带来诸多不便 。对 于这些问题 , G软件都能很好 地  U 解决, 只要设计者提供相应 的变量和几何参数 , G软  U 件通过在建模环境下建立表达式 , 利用曲线功能绘制  凸轮理论轮廓曲线及凸轮实 际轮廓曲线 , 最后通过拉  伸成型操作生成凸轮的三维实体。正是 U G采用了表  达式形式 , 避免了复杂的编程处理 , 使凸轮轮廓设计既  精确又简单快捷。  
现 设计 圆柱 凸 轮 , 圆柱半 径  =5 i 圆柱 高  01 T m,


式中 :、 、表示 曲线上任意点坐标 ; 表示升程; 表    Y  s / ' o 示 基 圆半 径  表 示 凸轮 的转 角 。 由此 看 来 , 制 凸 轮  绘 理论轮廓 曲线 的关键是计算升程 s 。   根据运动特性 , 各段升程计算如下 :  
() 1 推程 阶段


推程 运 动 角 age nll=10 , 程 s 2 。行  

( / ) 1一 ol0 )  h 2 ( cs8 t 。

() 2 远休止阶段
() 3 回程 阶 段


远休止角 ag 2 6 。行程 s   nl = 0 , e =
回程运 动 角 age nl 3=10 , 程 s 2 。行  

( / ) 1 o l0 h  h 2 ( 一cs8 )= 。 ( / ) 1一CS 10 +10 )  h2 ( O(8t 8 ) 。

() 4 近休止阶段

近休止角 ag 4 6 。行程 s   nl = 0 , e =

( / ) 1 o0 :0  h 2 ( 一cs ) 。

其 中t U 为 G系统 变量 ,≤  。 0 ≤1 

10m 从 动件行程 h= 0m 曲线槽 宽 b=1  0  m, 4  m, 5 () 1 当凸轮转过 10 时从动件按余弦加速度运动  2。

m 槽 深 =1  m, 5mm, 已知推 杆 的运 动规 律 为 :   规律推 程 h  ; () 2 凸轮再 转 6 。 0 时从 动件停 止不 动 ;  

3 推导 UG表达式   
根据以上数学分析及 U G表达式的创建要求 ,   凸
轮 各工作 段 的 U G表 达式 如下 :  

() 1 已知驱动参数 
‘ U ,年 弟     u   1  I

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Dia Reh en d sc s    a 设计与研究  gn er
h= 0 凸轮升程 ,   4  mm r= 0 圆柱 半径 , m n 5  m   b=1  凹槽 宽度 , m 5 m  


B 

1  凹槽深 度 ,   5 mm

c 0  圆柱高 度 ,   =10 mm t0 U =   G规 律 曲线 系统变 量 

() 2 推程余弦加速理论曲线 A B段 
ag l=10 凸轮 推程 运 动角 ,。  nl e 2  () = nl t 推 程 角变量 , 。  ag l? e ()

D 

图 1  

图2  

s =(/ ) 1 cs8t 从动件按余 弦加速度    h2 ( 一 ol0 )
运动规 律推 程升程 变 量 ,   mm
1= i -  ̄

() 2 将工作坐标系沿 z 轴负方向移动 3  m, 0m 画半  径 r(0m 的 圆 ( 2 , n5  m) 图 ) 然后 对 圆进 行 拉 伸 成 型操 

作( 拉伸起始值为 0 结束值为 c 成形 圆柱体 , , ) 并偏置 
形 成 凸轮 内孔 。再对 整个 轮廓 曲线进 行拉 伸成 型操作 

cs 推 程理论 曲线  坐 标值 , m o1 j m  

Y =r i   推 程理论 曲线 Y坐 标值 , m   。n sj m   z =  推程理 论 曲线 z 标值 , m   s 坐 m   () 3 远休 止过 程理 论 曲线 B C段 

( 拉伸起始值为 0 结束值 为 b , , )并偏置 (  为凹槽深 
度) 形成 凸轮凹槽实体( 3 , 图 ) 最后通过布尔运算获得  圆柱凸轮实体( 4 , 图 ) 当然也可 以得到如 图 5所示 的 
端 面 凸轮 。至于 加工 , 利用 U G软件 的 C M模 块 自动  A 生 成数 控程 序 , 免 了繁琐 复杂 的手 工编程 过程 。 避  

ag 2= 0 凸轮远休止角 ,。 nl 6  e ()  
J =ag l nl t 远 休 止角变 量 ,。  2 nl +ag 2? e e ()

s =(/ ) 1 cs8 ) 从动件远休止升程 , m   h2 ( 一 ol0 m   CS 远休止理论 曲线  坐标值 , m O2 j m   Y = o n 远休止理论曲线 Y坐标值 , m   r i  sj m  
= r


z =  远休止理论 曲线 z  s 坐标值 , m m   () 4 回程余弦加速理论曲线 C D段  age 2  凸轮 回程运 动角 ,。  nl 3=10 ()

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图3   图4  

固 
图5  

J = nl ag 2+age t 回程 角变 量 ,。  3 ag l+ nl e e nl 3?  ()

s = h 2 ( 一 O( 8t 10 ) 从动件按余弦    ( / ) 1 CS10 + 8 ) 加速 度运动 规律 回程 升程变 量 , m m  
=r o 3 回程理论 曲线  坐标 值 , m o r  t m   Y =r i , 回程理论 曲线 Y坐标 值 , m 。 on sj m   z =  。 s回程理论 曲线 z 坐标 值 ,   mm () 5 近休 止过程 理论 曲线 D A段 

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以上设计实现了全参数化 , 当改变从 动杆的工作  行程( )基 圆半径(n 、 h、 r 圆柱体高度 ( ) 凹槽宽度  ) c 时、 () b 及深度 ( 等参 数时, 以实现凸轮轮廓 曲线 、    ) 可 凸 轮 实体 模型 以及 数控 加 工 程 序 ( 当采 用 主模 型 时 不需  重 新定 义几 何 体 , 只需 重 新 生成 刀 具 路 径 ) 自动更  的 新, 实现 了全参数化设计 , 既满足了凸轮快速准确的设 
计, 又实 现 了凸轮 的数 字化 加工 。  

ag 4= 0 凸轮近休止角 ,。 nl 6  e ()   = nl + nl + nl 3+ nl t 近休止  ag l ag 2 ag l ag 4?  e e e e 角变量 , 。  () s = h2 ( 一 o ) 从动件近休止升程 , m   (/ ) 1 cs 0 m   c  近休止理论曲线 坐标值 , m o m  Y = 。n 近休止理论 曲线 Y   ri4 sj 坐标值 , m m 
= i -


当从动杆作等速运动、 等加速等减速等其它运动  规律时 , 都可以按照此方法设计圆柱凸轮 , 中数学分  其 析是基础 , 建立正确的 U G表达式是关键。  

5 结 语   
传统 的设计方法 , 由于设计过程复杂, 精度低 , 且  计算结果不能直接用于数控加工( 凸轮的数控加工需 
要 C D三维造 型 ) 原 因 , 越来 越 不 适 应 当前 对 凸  A 等 已

z =   近休止理论曲线 z 4 s 坐标值 , m m 

4 生成 凸轮轮廓 曲线和 凸轮实体   
() U 1 在 G建模 环境 下创建 文档 , 入 以上表 达式  输

轮设计快速、 精确及满足数控加工的要求。采用 C D A  ( 包括驱动参数 )通过曲线——规律曲线命令绘制理  , 论轮廓曲线( 1 。 图 ) 

技术代替传统的凸轮设计方法 , 以大大缩短设计周  可 期 , 高设 计质 量 , 提 以满足 数控 加工 的客 观要 求 。  
( 编辑 孙德 茂 ) (   收稿E 20 — 2 2) 1 07 0 —8 期:  
见 鲞袭 ☆   谒 中q 捆
文 章编号.1 4 _ 。-   0 — 7l l   - 一  。   。  

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