1_【毕业设计论文】共轭凸轮的设计制造(CADCAM)及工艺-说明书【有对应的CAD图】

XX 大学 毕业设计(论文) 毕业设计（论文）题目 所 在学 院 专业 班级 姓名 学号 指 导老 师 年月日 声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计是我在导师的指导下独立进行研究本人郑重声明：所呈交的毕业设计是我在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以注明引用的内容外，本所取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以注明引用的内容外，本 设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本设计设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本设计 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明，并表示了的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明，并表示了 谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年作者签名：日期：年 月月 日日 毕业设计版权使用授权书 本设计作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计的规定，同意学院本设计作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计的规定，同意学院 保留并向国家有关部门或资料库送交毕业设计的纸质版和电子版，允许毕保留并向国家有关部门或资料库送交毕业设计的纸质版和电子版，允许毕 业设计进入学院图书馆被查阅和借阅，本人授权闽南理工学院可以将我的业设计进入学院图书馆被查阅和借阅，本人授权闽南理工学院可以将我的 毕业设计的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、毕业设计的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者扫描等复制手段保存和汇编本毕业设计。缩印或者扫描等复制手段保存和汇编本毕业设计。 保密保密在年解密后适用本授权书；在年解密后适用本授权书； 本设计属于：本设计属于： 不保密不保密。 （请在以上相应的方框内打（请在以上相应的方框内打“” ） 作者签名：日期：年月日作者签名：日期：年月日 指导教师签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日 毕业设计答辩小组成员名单 姓名职称单位备注 机械设计服务(有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 组长 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 共轭凸轮的设计制造(CADCAM)及工艺 目 录 前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 一、设计任务的基本要求- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 二、凸轮机构的应用- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 三、凸轮机构的组成- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 四、凸轮机构的特点- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 五、共轭凸轮机构的选择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 六、从动件的常用运动规律- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 七、凸轮机构的分类- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 八、共轭凸轮运动规律的选择- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 0 九、共轭凸论的设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 2 十、共轭凸轮的工艺方案及相应的工装设计- - - - - - - - - - - - - - 1 3 十一、共轭凸轮制造与检验- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 5 十二、课题小结- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 6 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 2 小结- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 7 参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 8 前言 课题：共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 目的：根据我们所学的知识设计并制造出织机的凸轮使织机在织造中顺利进 行和提高织机的生产率及织物质量 课题简介 凸轮是常见的机械零件之一，传统的基于人工设计和计算机的凸轮设计方 法，依靠模具、夹具等实现制造的工艺远不能达到高精度机械的运行要求， 在现代设计理论基础上，利用计算机辅助设计（CAD）和制造（CAM）技术 可以使凸轮的设计和制造到很高的精度，提高凸轮机构的运动平稳性。 本题目是一种纺机用共轭凸轮为设计制造对象，利用目前先进的设计制造 软件 Pro/E，根据凸轮设计的原则，将高次方函数的凸轮曲线，用公式方法由 软件绘出主动凸轮的轮廓曲线，然后通过数学建模，推导出与其共轭的轮廓 曲线，从而建立起凸轮的三维模型，本设计结果还为凸轮的运动分析、仿真 奠定了良好的基础。 完成三维造型以后，利用目前通用的 MasterCAM 软件实现编程，生成数 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 3 控机床能执行的 G 代码，通过计算机与数控机床的通讯接口，将加工程序传 入机床（或计算机直接控制加工） 。从而加工出所需的凸轮廓形整个设计制造 过程基本实现无图纸化操作（因图纸不能确切表达凸轮的廓形 ） 。 一、设计任务的基本要求 1 了解凸轮机构的类型及各类凸轮机构的特点和应用场合， 能根据工作要求和使 用场合选择凸轮机构的类型。 2 熟悉该共轭凸轮所应于设备上所起的功能和性能，以及使用工作条件（例载荷 性质等） 3 熟练掌握凸轮轮廓曲线的设计原理与方法。绘制该共轭凸轮的升程曲线图，并 分析其特点。 4 了解凸轮机构承载能力计算和结构设计的基本问题，初步具有建立凸轮机构计 算机辅助设计和优化设计模型的能力。 5 用 P R O / E 软件，生成该共轭凸轮的技术资料（三维造型及二维技术图纸等）及 动力运动分析。 6 编制该产品的工艺过程卡片，及相应工装设计。 7 数控加工工序的 N C 程序。 8 产品检验方法及误差分析。 二、凸轮机构的应用 1 气阀杆的运动规律规定了凸轮的轮廓外形。当矢径变化的凸轮轮廓与气阀杆的平 底接触时，气阀杆产生往复运动；而当以凸轮回转中心为圆心的圆弧段轮廓与气阀杆接触 时，气阀杆将静止不动。因此，随着凸轮的连续转动，气阀杆可获得间歇的、按预期规律 的运动。 2 . 当圆柱凸轮回转时，凹槽侧面迫使摆动从动件摆动，从而驱使与之相连的刀架运动。 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 4 至于刀架的运动规律则完全取决于凹槽的形状。 三、凸轮机构的组成 通过学习我们可以知道，凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架三个构件组成。其中凸 轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或 不连续的任意预期往复运动。 四、凸轮机构的特点 1 、凸轮机构的优点 只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、 设计方便，因此在自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机 电一体化产品中得到广泛应用。 2 、凸轮机构的缺点 1 ) 凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只宜用于传力不大的场合； 2 ) 凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工； 3 ) 从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。 五、共轭凸轮机构的选择 1 消极式开口机构 （1 ）综框联动式凸轮开口机构 用这种开口机构织制斜缎纹类织物时，需根据 Rw 在中心轴与凸轮轴之间选定合适的 过桥齿轮，安装凸轮时要注意凸段的轮廓的曲线，以使各页凸轮有相同回转方向。同时要 区别凸轮的大小，第一页综框配以大小半径差最小的凸轮，最后一页综框则配以大小半径 差最大的凸轮。 综框联动式凸轮开口机构简单，安装维修方便，制造精度要求不高，但是吊综皮带在 使用过程中会逐渐伸长，故必须周期地检查梭口位置；其次因踏综杆挂综处做圆弧摆动， 致使综框在运动中产生前后晃动，增加经纱与综丝摩擦，容易起经纱断头，不适应高速织 机。经验表明，这种开口机构的极限转速为 230r/min 左右；同时，由于凸轮与织机主轴的 传动比为 1/Rw，当所织品种的 Rw 比较大（例如 Rw=6）凸轮只回转很小的角度（60）便 要完成一次开口动作（开口，静止，闭口） ，势必使凸轮表面的压力角增大，导致其外缘 迅速磨损。为了减小压力角，必须放大凸轮的基圆直径（偏心度不变） ，但由于开口凸轮 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 5 尺寸受到其它机构的空间限制，因此这种开口机构一般只适合织制 Rw5 的织物；此外， 由于辘轳式吊综装置安装在织机的顶梁上，影响了机台的采光，不利于挡车工检查布面， 同时还有可能造成油污疵点。因此，在新型织机中，不采用这种联动式凸轮开口机构。 （2）弹簧回综式凸轮开口机构 在实际生产中，凸轮灵活应用，如纬重车织引用一般平纹凸轮来织制。用 2/2 斜纹凸 轮，改变穿综方法，可以织破斜纹和山形斜纹，相间采用不同的穿综方法，可织物 2/2 斜 纹和 2/2 方平组织相间的条子织物，代替多臂开口机构。 凸轮开口机构的不足之处，其一是只能生产简单组织的织物，如果织制较为复杂的织 物，凸轮外形曲线将变得非常复杂，为减小压力角，又必须将凸轮基圆直径放大，以致开 口机构变得过分笨重；其次，一定的凸轮外形只能生产一定开口规律的织物品种，为了适 应织物品多变的要求，必须储备大量的各种开口凸轮，这在实际生产中是不经济的。 2积极式凸轮开口机构 （1 ）共轭凸轮开口机构 在以上消极式凸轮开口机构中，由于回综不是开口凸轮驱动，控制，因此容易造成综 框运动的不稳定。积极式凸轮开口机构可克服此缺陷，共轭凸轮开口机构就是随金属加工 技术的进展发展起来的积极式开口机构。它的加工精度要求很高。 共轭凸轮开口机构利用双凸轮积极地控制综框的升降运动，不需吊综装置。其传动过 程如图。凸轮 2 从小半径至大半径时（此时凸轮 2从大半径经转至小半径）推动综框下 降，凸轮 2从小半径转至大半径时（此时凸轮 2 从大半径转至小半径）推动综框上升， 两只凸轮依次轮流工作，因此综框的升降运动都是积极的。由于共轭凸轮装于织机外侧， 能充分利用空间，可以适当加大凸轮基圆直径和缩小凸轮大小半径之差，达到减小凸轮压 力角的目的。此外，共轭凸轮开口机构从摆杆到提综杆都是刚性连接，因此综框运动更为 稳定和准确。 （2 ）沟槽凸轮开口机构 沟槽凸轮开口机构为另一种积极式凸轮开口机构，其传动过程如图所示，当凸轮从小 半径转向大半径时，综框上升，此时沟槽内侧受力；反之，凸轮从大半径转向小半径时， 综框下降，此时沟槽外侧受力。在此机构中，综框的升降运动都是积极的。 （3 ）连杆和开口机构 凸轮开口机构能按照优化的综框运动规律进行设计，所以工艺性能好，但凸轮容易磨 损，制造成本高，因此，在织制简单的平纹织物时，尚需寻求更为简单的高速开口机构。 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 6 连杆开口机构就能满足这种需要。 如图，综框处于上下位置时没有绝对静止时间，其相对静止时间则由曲柄和连杆的长 度，以及各结构点的位置而定，优化结构参数，以求得较长的相对静止时间。与凸轮开口 机构相比，连杆开口机构易加工，运动平稳，机构磨损小，适应高速，但只用于平纹织制， 因此，这种开口机构用于加工平纹织物的高速喷气织机和喷水织机。 共轭凸轮开口机构:1、凸轮轴 2、2 一共轭凸轮 3、3 转子 4、摆杆 5、连杆 6、 双臂杆 7、7 拉杆 8、8 传递杆 9、9 竖杆 10、综框 沟槽凸轮开口机构 1 凸轮轴 2 沟槽凸轮 3 转子 4 摆杆 5 支点 6 连杆 77 提综杆 88 传递杆 六连杆开口机构 1 辅助轴 22 开口曲柄 33 连杆 44 摇杆 55 摇杆轴 66 提综杆 77 传递杆 88 、综框 六、从动件的常用运动规律 1 . 基本运动规律 基本运动规律系指由单一函数式表达的从动件运动规律。常用的基本规律有以下四 种。 （1 ）等速运动规律 从动件运动的速度为常数时的运动规律，称为等速运动规律。 由于材料的弹性变形，加速度和惯性力不会达到无穷大，不过会引起强烈的冲击，这 种冲击称为刚性冲击。因此，如果单独采用这种运动规律，只宜用于低速轻载的场合。 （2）等加速等减速运动规律 方程为：s = 1 / 2 a t 2 = 1 / 2 a ( 2 / 2 ) （3 ）余弦加速度运动规律 质点在圆周上作等速运动时, 它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称为简谐运 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 7 动. 速度和加速度方程: s = h / 2 ( 1 - c o s / 0 2 ) v = h / 2 0* s i n / 0 2 a = 2 h 2 / 2 00* c o s / 0 2 由上式可知, 加速度按余弦规律变化, 故这种规律称为余弦加速度运动规律, 也称为简 谐运动规律. 这种运动规律在始末两点加速度有突变, 故也会引起柔性冲击, 因此在一般情 况下它也只适用于中速凸轮机构. 需要指出的是, 当从动件作升- 降- 升循环运动时, 若在推 程和回程都采用余弦加速度运动规律, 则有可能获得包括始末点的全程光滑连续的加速度 这种情况下既无刚性冲击也无柔性冲击, 故可用于高速凸轮机构中. ( 4 ) 正弦加速度运动规律 方程式为: s = A0B - R s i n = R - R s i n = h ( / 2 - 1 / 2 s i n ) 加速度按正余弦规律变化, 故这种运动规律称为正余弦加速度运动规律. 其速度和加速 度曲线都是光滑连续的, 因此没有柔性冲击, 也没有刚性冲击, 故多用于高速凸轮机构. 2 . 组合运动规律简介 上述各种基本运动规律各有一定的优点, 对于工作要求比较严格的凸轮机构, 为了克 服单一的基本运动规律的某些缺陷, 可以将几种基本运动规律曲线衔接起来, 这种由几种 基本运动规律组合的 运动规律, 称为组合运动规律. 曲线衔接时, 应遵循以下原则: ( 1 ) 对于一般转速, 要求位移曲线在衔接点处相切, 以保证速度曲线连续, 即要求在衔 接点处的位移和速度应分别相等, 此时加速度可能有突变, 但其突变值必为有限值. ( 2 ) 对于较高转速, 则还要求速度曲线在衔接点处相切, 以保证加速度曲线连续, 即要 求在衔接点处的位移, 速度和加速度应分别相等. 组合运动规律的设计比较灵活, 易于满足特定要求, 故应用日益广泛. 3 . 从动件运动规律的选择 在选择从动件运动规律时, 需要考虑的问题主要有: （1 ）应满足机器工作的要求 有的机器工作过程要求从动件按一定的运动规律运动. 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 8 （2 ）应使凸轮机构具有良好的工作性能 对凸轮机构工作性能影响较大的因素，除了刚性冲击和柔性冲击外，还有以下几个参 数： 1 ） 最大速度 v v 越大，则从动件系统的最大量 m v （m 为从动件系统的质量）越大，故在启动， 停车或突然制动时，会产生很大冲击。因此，对于质量大的从动件系统，应选择 v 较小的 运动规律。 2 ） 最大加速度 a a越大，则惯性力越大。由惯性力引起的动压力，对机构的强度和磨损都有很 大影响。a 是影响动力学性能的主要因素，因此对高速凸轮机构，要注意 a 不宜太大。 3 ） 应考虑使凸轮轮廓加工方面 有些从动件只要求当凸轮转过某一角度0时，完成一定的行程 h 或摆角（对 于摆动从动件） ，而对运动规律没有严格要求。 七、凸轮机构的分类 1 . 按凸轮的形状分: ( 1 ) 盘形凸轮: 它是凸轮的最基本型式。 这种凸轮是一个绕固定轴线转动并具有变化矢 径的盘形构件。 ( 2 ) 移动凸轮: 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作往复移动，这种 凸轮称为移动凸轮。 ( 3 ) 圆柱凸轮: 这种凸轮可认为是将移动凸轮卷成圆柱体而演化成的。 比较：盘形凸轮和移动凸轮与从动件之间的相对运动为平面运动；而圆柱凸 轮与从动件之间的相对运动为空间运动， 所以前两者属于平面凸轮机构， 后者属于 空间凸轮机构。 2 . 按从动件的型式分: ( 1 ) 尖底从动件: 尖底能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意运 动。但因尖底易于磨损，故只宜用于传力不大的低速凸轮机构中。 ( 2 ) 滚子从动件: 这种从动件耐磨损，可以承受较大的载荷，故应用最普遍。 ( 3 ) 平底从动件: 这种从动件的底面与凸轮之间易于形成楔形油膜， 故常用于高速凸轮 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 9 机构之中。 比较：以上三种从动件亦可按相对机架的运动形式分为作往复直线运动的直动从 动件和作往复摆动的摆动从动件。 3 . 按凸轮与从动件维持高副接触（锁合）的方式分: （1 ）力锁合: 利用从动件的重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮保持接触。 （2 ）几何锁合: 依靠凸轮和从动件的特殊几何形状而始终维持接触。 1 ）凹槽凸轮机构: 其凹槽两侧面间的距离等于滚子的直径，故能保证滚子与凸轮始终 接触。显然这种凸轮只能采用滚子从动件。 2 ）共轭凸轮机构: 利用固定在同一轴上但不在同一平面内的主、回两个凸轮来控制一 个从动件，主凸轮驱使从动件逆时针方向摆动；而回凸轮驱使从动件顺时针方向返回。 3 ） 等径凸轮机构和等宽凸轮机构: 其从动件上分别装有相对位置不变的两个滚子和两 个平底，凸轮运动时，其轮廓能始终与两个滚子或平底同时保持接触。显然，这两种凸轮 只能在 1 8 0 0范围内自由设计其廓线， 而另 1 8 00的凸轮廓线必须按照等径或等宽的条件来确 定，因而其从动件运动规律的自由选择受到一定限制。 比较：几何锁合的凸轮机构可以免除弹簧附加的阻力，从而减小驱动力和提高效 率。其缺点是机构外廓尺寸较大，设计也较复杂。 八、共轭凸轮运动规律的选择 综框运动规律表示综框在运动（闭口、开口）过程中的位移与织机主轴回转角t之间 的关系，它对经纱断头和织机振动都有较大的影响。常见的综框运动规律有简谐运动规律 和椭圆比运动规律。随着织机速度的提高，多项式运动规律也得到了较多的采用。 1 . 简谐运动规律 一个动点在圆周上绕圆心做角速度运动时，此点在直径上的投影点的运动即为简谐运 动。取综框在最低处（或最高处）位移 S为 0 ，综框开始闭合时织机主轴回转角t为 0 ， 并设 k= b ,则综框做简谐运动的位移方程：s = sx/ 2 ( 1 - c o s t/ ax) 式中： sx- - 任一页综框动程； - - 织机主轴角速度； t- - 织机主轴回转角； 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 10 y- - 综框运动角，y= b+ k= 2 b 对上式求导一次和二次，可得出综框运动速度 v 和加速度 a(公式从略)。现设 ay=ak+ab=(120+120)*/180=4.19rad,Sx=110mm,=200*/30=20.94rad/s.由此可做出 综框位移 S、速度 v、加速度 a 的曲线，如图 7- 7 中曲线 A 所示。图 7- 7 简谐运动规律和 椭圆比运动规律比较 由图 7 - 7 中曲线 A 可见在综平前后，综框运动速度快，此时经纱张力小。非但不会造 成断头，而且有利于开清梭口；二在闭合开始后的一个时期，综框运动缓慢，对梭子飞出 梭口有利。但由于综框从静止到运动和从运动到静止之间过渡时的加速度值不为零，使综 框产生振动，不利于做高速运动。因此，简谐运动规律一般用于低速织机（如有梭织机） 的开口机构。 图 7 - 7简谐运动规律 2 . 椭圆比运动规律 一个动点在椭圆上绕中心做等角速度转动时，此点在椭圆短轴上的运动即为椭圆比运 动规律。当椭圆的长、短半轴之比为 1 时，既为简皆运动规律。椭圆的长、短半轴之比的 大小对综框运动加速度变化幅度影响很大，一般此比值取 1 . 2 1 . 3 。若 Sx、和y取值 同前，上述比值 1 . 2 0 0 8时，综框加速度最大值与简皆运动规律相同，但综框从静止到运 动和从运动到静止之间过渡时的加速度值比简皆运动规律小；比值大于 1 . 2 0 0 8时，综框 加速度最大值超过简谐运动规律相同，但综框从静止到运动和从运动到静止之间过渡时加 速度最大值超过简谐运动规律，而综框从静止到运动和从运动到静止之间过渡时的加速度 值变得更小。图 7 - 7 中虚线 B 分别是椭圆比运动规律的位移、速度、加速度的曲线，与简 谐运动规律相比，在综平前后经纱张力小时，椭圆比运动规律的综框运动速度更快，更有 利于开清梭口；在闭合开始后的一个时期，综框运动更缓慢，更有利于梭子飞出梭口；综 框从静止到运动和从运动到静止之间过渡时的加速度值较小，从而综框产生的振动小。 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 11 3 . 多项式运动规律 综框的多项式运动规律有多种，其中一种的位移方式为： S = ( Sx/ 2 ) 3 5 ( t/ y) 4 - 8 4 ( t/ y) 5 + 7 0 ( t/ y) 6 - 2 0 ( t/ t) 7 ( 7 - 6 ) 该运动规律可使综框运动开始和运动结束的瞬时加速度都为零，从而避免综框产生运 动，适用于织机高速运转。 综上所述, 为了使设计出来的凸轮能表达到预先的目的, 根据纺机的要求及实际中的运 动规律, 再综合凸轮机构的比较, 选用在简谐运动规律前途下的积极式开口机构中的共轭 凸轮开口机构. 九、共轭凸论的设计 P r e / E N G I N E E R操作软件是美国参数技术公司（P a r a m e t r i c T e c h n o l o g y C o r p r a t i o n , 简称 P T C ）的主要产品。P r e / E N G I N E E R 软件能将设计到制造的全过程集成在一起，同时进 行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。 P r e / E N G I N E E R 系统可以实现真正的相关性，任何修改都会自动反映到所有相关对象； 它具有真正管理并发进程，实现并行工程的能力；具有强大的装配功能，能够始终保持设 计者的设计意图，可以极大的提高设计效率。它的系统界面简洁，概念清晰，符合工程人 员的设计思想和习惯，整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。因此我 选用 P r e / E N G I N E E R 来完成凸轮的三维造型。 M a s t e r C A M是美国 C N C S o f l w a r e公司研制开发的基于 P C平台的 C A D / C A M一体化软件 在 C A D / C A M 领域中享有盛名，其装机量居世界第一。它使机械工程的设计和制造发生了革 命性的变化。一个工作者在短时间内就能设计出机械工程上各种曲线，如齿轮齿形轮廓用 的渐开线、 摆线， 凸轮设计用的阿基米德曲线， 并用各曲线来形成复杂曲面。 由于 M a s t e r C A M 具有良好的性能价格比，操作简单，使用方便，易学易用，可以通过 C A D 模块绘制几何图 形，然后通过 C A M模块编制刀具路线（N C I ） ，再通过后处理转换成 N C程序，最后通过计 算机通讯端口传人数控机床中。所以我选用 M a s t e r C A M 软件。 根据以上选择，现用 P r e / E N G I N E E R 三维造型来生成凸轮的三维造型。步骤如下： 1 打开 P r e / E N G I N E E R 软件 2 创建一个新的文件并命名 3 在创建新模块下选择曲线命令 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 12 4 输入由柱坐标表示的凸轮轮廓曲线方程： r1= 1 4 4 + 9 . 5 * c o s ( 2 . 4 5 2 1 4 * t h e t a ) - 0 . 9 * 1 - c o s ( 4 . 9 0 4 2 8 * t h e t a ) t h e t a = 7 3 . 4 0 5 * t 0 t 1 z = 0 5 由于凸轮最大升程是 1 9 ，由此推导出公轭凸轮的轮廓曲线方程 设 a = r = 1 4 4 + 9 . 5 * c o s ( 2 . 4 5 2 1 4 * t h e t a ) - 0 . 9 * 1 - c o s ( 4 . 9 0 4 2 8 * t h e t a ) 则 b = a 2 c = b / 3 8 8 8 0 d = 1 . 1 3 3 3 - c e = a r c o s ( d ) f = 9 0 - e g = 1 0 6 . 2 6 - f 所以得出 r2= s q r t 4 4 0 6 4 - 3 8 8 8 0 * c o s ( g ) / 0 . 9 9 9 1 t h e t a = 7 3 . 4 0 5 * t z = 0 0 t 1 6 根据凸轮的轮廓曲线方程画出凸轮实体图 7 在 I G E S 保存类型下保存图形 8 打开 M a s t e r C A M 软件 9 取档，打开保存的图形 1 0 在刀具路径下外形铣削编制出刀具轨迹 1 1 通过后处理转换成 N C 程序，并保存 1 2 通过传输软件由 P C 机把 N C 程序传人数控机床中 1 3 用夹具把工件安装好，调出程序，铣出凸轮廓形 十、共轭凸轮的工艺方案及相应的工装设计 （一）工艺分析 拿到这个零件时，我首先想什么样的材料能满足这个凸轮的设计和工作要求。我选择 了铝或铸铁，因为我准备用铸造的方法把工件加工出来。进而我又考虑在保证高质量的前 提下将工件简单的制造出来。于是初步构思工艺方案如下：铸造出工件毛坯车工件表 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 13 面（留余量）钻孔铣凸轮外形轮廓铣越程槽钳工去毛刺。 经过指导老师的初步指正：铸件的工作性能不够好；两步铣可合并，省工序； 直接把外形铣到位是非常困难的，尺寸很难保证，且精度不高。 在老师的指点和帮助下，我选择了 2 0 C r M n T i 低碳合金钢，采用锻模锻出毛坯。构 思出另一种较合理的工艺方案：锻毛坯粗、精车工件钻孔铣凸轮外形轮廓及 越程槽模工件至尺寸 经过老师和我的研究，再次商讨出一套更加合理完善的工艺方案，方案如下：锻毛坯 热处理粗、精车工件钻铰孔铣凸轮外形轮廓及越程槽去毛刺渗 碳淬火磨端面磨内孔磨凸轮外形检验、作标记入库（注意：每步工 序后都要检验） 。加入数据和一些加工装夹的细节，便有了详细具体的工艺方案。 （二）加工凸轮的工艺流程 1 锻：锻出毛坯，外圆直径为2 2 9 m m ，厚度为 1 9 m m , 中间内孔的直径为4 0 m m ，表 面无明显凹坑及无其它锻造缺陷 检验 2 热：正火（H B 1 9 7 ） 检验 3 车： （1 ）用三爪卡盘装夹工件，粗车毛坯各部分。放精车半径余量 2 m m ( 内孔表面 见光即行) （2 ）调面装夹，粗、精车端面，车外圆至直径2 1 9 0 . 0 2 m m ，长 6 m m ，内孔车至 5 4 . 6 0 . 0 2 , 孔口倒角（注意尺寸余量）, 车直径1 7 7 m m 的台阶圆，长 1 . 3 4 5 m m , 端面标记“A ” （3 ）调面装夹，精车端面，原尺寸 1 4 m m 至 1 4 . 6 0 . 0 5 m m ，车外圆至直径2 1 9 0 . 0 2 m m , 外圆接刀. 车1 7 7 m m的台阶圆，长 1 . 3 4 5 m m , 台阶外圆长 1 2 0 . 1 m m , 孔口倒角（注意尺寸余量） 检验 4 钳：A面为基准, 采用钻模钻1 2 H 7 , 5 - 1 2 . 5的孔，铰1 2 H 7的孔，孔口倒角 1 . 3 4 5 , 去毛刺 检验 5 铣：A 面为基准面，内孔和孔1 2 H 7 定位, 螺钉压紧 ( 1 ) 粗、精铣凸轮轮廓，凸轮深 7 . 1 m m ，凸轮深 1 2 m m ，单边留磨量 0 . 3 m m 共轭凸轮的设计制造( C A D / C A M ) 及工艺 14 ( 2 ) 铣越程槽, 达图要求 检验 6 钳：去毛刺 检验 7 热：渗碳淬火，有效硬代层深度 0 . 8 1 . 1 m m 硬度 5 8 6 1 H R C 检验 8 钳：喷沙，并清理 9 磨：A 面为基准装夹，磨端面，原尺寸 1 4 m m 至 1 4 . 3 m m . 调面装夹磨 A 面，尺寸至 1 4 0 . 0 2 m m , 其表面粗造度为 1 . 6 检验 1 0 磨：装夹工件, 找正内孔, 磨内孔尺寸直径为5 5 0 . 0 0 5 m m , 粗造度为 1 . 6 检验 1 1 磨：粗、精磨凸轮、外形轮廓，达图 检验：凸轮共轭误差小于等于 0 . 0 5 m m 1 2 抛光：抛除表面振纹 1 3 作标：主凸轮 Z X T A 4 / 1 回凸轮 Z X T B 4 / 1 1 4 清洗、检验、包装、入库 （三）铣床类夹具设计 铣床夹具主要用于加工零件上的平面、键槽、缺口及成形表面等。由于铣削时切削力 较大，且为断续切削，设计铣床夹具时，应注意工件的装夹刚性和夹具的安装稳定性。 由于铣削过程中多数情况是夹具和工作台一起做进给运动，而铣床夹具的整体结构又 常常取决于铣削加工的进给方式，因此，按不同的进给方式将铣床夹具分为直线进给式、 圆周进给式和仿形进给式三种类型。该凸轮夹具属于仿形进给式。 铣床夹具通常通过过定位键与铣床工作台 T 形槽的配合来确定夹具在机床上的方位。 第一套夹具方案：长方体合金钢，中间加块与凸轮内孔直径相配合的圆柱凸台，装夹 时用垫块（为了排削） ，长螺钉、压块压紧。使用长销定位 第二套夹具方案：夹具 J J - 0 0 1 ，短销定位 使用后比较：凸轮使用内孔和定位销孔定位，螺钉夹紧，所以需要内孔和定位销定位 很难。如果用长