基于solidworks的某盘形凸轮机构数字化设计及加工

题 目 基于 solidworks 的某盘形凸轮机构数字 化设计及加工英文题目 Based On SolidWorks Disc-Shaped CamMechanism Design and Processing 学生姓名： 学 号： 专 业： 机械电子工程 系 别： 机械与电子工程系 指导教师： 职称： 讲师 东华理工大学长江学院毕业设计 ABSTRACT摘 要在当今经济全球化、市场竞争日趋激烈的时代，新产品的开发时间成为企业能否在激烈的市场竞争中取胜的关键因素。传统的产品设计过程中重复计算、重复建模等工作量很大，一直困扰着产品开发人员，严重影响了产品的设计质量和效率。这种现象在凸轮的设计中尤为突显。针对这一问题，本课题利用solidworks 软件中的运动仿真模块对凸轮机构运动进行模拟仿真及加工。本论文的主要研究内容有：1、沟槽凸轮设计2、沟槽凸轮机构的零部件的实体建模3、沟槽凸轮机构的运动仿真关键词： solidworks 软件 沟槽凸轮 实体建模 运动仿真 仿真加工ABSTRACTIn the competitive era of economic globalization and increasingly markets, the development time for new product become a key factor to win in the fierce competition market. The traditional product design process of double counting, such as repeated heavy workload and modeling have troubled the product development staff, a serious impact on product design quality and efficienct. This phenomenon is particularly on the design of cam highlights. Address with this problem, the subject of using the movement simulation module of solidworks software on the cam movement simulation and Machining.In this paper, the main research contents are as follows:1. Designing the groove cam2. Modeling the mechanism parts of groove cam 3. Motion simulating of the groove cam mechanism Key Words: Solidworks Cam groove, Modeling, Motion Simulation, Mulation Processing东华理工大学长江学院毕业设计 目录目 录摘 要 .IABSTRACT.II绪论 .11.1 本文研究的背景 .11.1.1 选取课题背景及意义: .11.1.2 我国凸轮机构的研究现状: .11.1.3 我国凸轮机构 CAD/CAM 的研究现状: .21.1.4 国外凸轮机构及其 CAD/CAM 的研究现状: .21.1.5 我国凸轮 CAD 系统存在的问题: .31.2 本文研究的主要内容 .31.3 本文意义 .31.4 本章小结 .32 凸轮机构设计分析 .42.1 从动件运动规律的选取 .42.2 从动件的基本运动规律 .42.3 从动件运动规律的选取原则 .42.2 凸轮机构基本尺寸的设计 .52.2.1 凸轮机构压力角和基圆半径 .52.2.2 凸轮机构的偏距 .62.3 凸轮轮廓设计 .72.4 机构简介 .92.5 本章小结 .103.沟槽凸轮机构的实体建模与装配 .113.1Solidworks 软件简介 .113.2 利用 SolidWorks 对沟槽凸轮机构进行建模： .113.3 沟槽凸轮机构的装配过程 .183.4 本章小结 .214.沟槽凸轮机构的运动仿真 .224.1solidworks 运动仿真简介： .224.2 沟槽凸轮机构的运动仿真 .225.沟槽凸轮的数字化加工 .255.1 数字化加工方案制定的原则 .255.1.1 工序集中原则 .255.1.3 毛坯制造形式的确定 .255.1.4 工艺路线拟定及工序内容的简述 .255.1.5 数字化加工工艺路线的确定 .265.1.6 机床的选择 .265.1.7 夹具的选择 .265.1.8 刀具的选择 .265.1.9 沟槽凸轮的技术要求 .266.沟槽凸轮的数字化加工仿真 .276.1Solidworks 数控加工模块 Solidcam 简介 .276.2 数控加工仿真的过程 .276.2.1 数字化加工过程设计 .296.2.2 粗铣沟槽凸轮加工仿真 .306.2.3 钻孔加工仿真 .326.2.4 沟槽仿真加工的数控程序生成 .346.3 本章小结 .35结论 .36东华理工大学长江学院毕业设计 绪论1绪论1.1 本文研究的背景1.1.1 选取课题背景及意义:凸轮机构是典型的常用机构之一。由凸轮、从动件和机架这三个基本构件所组成的。凸轮机构是能使从动件按照给定的运动规律运动的高副机构，可以实现任意给定的位移、速度、加速度等运动规律，而且与其它机构配合可以实现复杂的运动要求。工程中，几乎所有简单的、复杂的重复性机械动作都可由凸轮机构或者包括凸轮机构的组合机构来实现。凸轮机构其最大的优点就在于只要能够适当地设计出盘形凸轮的轮廓曲线，就能够使推杆获得各种预期的运动规律，并且响应速度非常快，机构也简单紧凑，正因如此，凸轮机构是不可能被数字控制、电子控制等装置完全代替。凸轮机构还兼有传动、导向和控制机构的功能。在凸轮机构用作为传动机构的时候，可以产生比较复杂的运动规律，比如变速范围大的非等速运动，并能暂时停留或者作各种步进运动；在凸轮机构用于导向机构的时候，能够使工作机构产生非常复杂的运动轨迹曲线。在凸轮机构用作控制机构的时候，还可以控制执行机构作自动工作的循环或者作为函数的发生器。在凸轮机构作为机械式运动用来传递信息储存的基本元件的时候，它具有构件少和空间体积小的优点。由于凸轮机构具有平稳性好，重复精度高，运动特性良好，机构的构件少，体积小，刚性大，周期控制简单，可靠性好，寿命长等优点，因而是现代工业生产设备中不可缺少的机构之一，被广泛用于各种自动机中。例如，自动包装机、自动成型机、自动装配机、自动机床、纺织机械、农用机械、印刷机械加工中心环刀机构、高速压力机械等。1.1.2 我国凸轮机构的研究现状:我国以前对凸轮机构深入系统地研究较少，仅在内燃机配气凸轮机构有较深入研究。1990 年以来，有关凸轮机构的应用研究取得了一大批成果，许多己应用于生产。陕西科技大学完成的(高速高精度间歇转位凸轮分度机构 CAD/CAM)，1995 年获陕西省科技进步二等奖：开发的“凸轮分度机构传动装置”获中国轻工总会优秀新产品一等奖；加工弧面凸轮的“XK5001 双回转坐标数控铣床”获实用新东华理工大学长江学院毕业设计 绪论2型专利。天津大学关于分度凸轮机构的研究，得到了国家自然科学基金的支持；研究开发的两片式平行分度凸轮机构达到了国内领先水平。此外，上海交通大学、大连轻工业学院、合肥工业大学和山东大学(山东工业大学)等在理论应用研究方面都取得了很多具有国际或国内先进水平的科研成果。尽管我国对凸轮机构的应用和研究也有多年的历史，对凸轮机构的设计、运动规律、轮廓线、动力学、优化设计等方面的研究都取得了很多科研成果。但是，与先进国家相比，我国对凸轮机构的设计和制造上都还存在较大的差距，尤其在制造方面。在国外核心技术也只是集中在少数的几家公司和科研机构中，而且由于技术保密等因素，具有一定参考价值的相关资料很少公开发表。这样就在无形中制约着我国凸轮机构设计和制造水平的提高，造成高速、高精度的凸轮机构必须依赖进口的被动局面1.1.3 我国凸轮机构 CAD/CAM 的研究现状:我国凸轮机构运动学的理论研究己经达到了较高的水平，为凸轮机构设计奠定了坚实的理论基础。当今，凸轮机构设计己广泛采用解析法并借助于计算机来完成，数控机床用于凸轮加工也有很长的历史。我国发表的凸轮机构 CAD/CAM方面的文献较多。但这些凸轮的 CAD/CAM 系统核心技术仅被某些企业所有，并未在市场上以商品软件的形式出现。迄今为止我国凸轮机构 CAD/CAM 技术仍未得到有效的推广应用。另外，由于凸轮专用软件开发更新的速度慢，远远跟不上当今计算机软、硬件的发展速度，使得现有凸轮机构 CAD/CAM 软件己大为落后，不能完全适应广大设计人员的要求。1.1.4 国外凸轮机构及其 CAD/CAM 的研究现状:自上世纪三十年代以来，人们就开始了对凸轮机构的研究，并且研究工作随着新技术、新方法的产生和应用在不断深化。60 年代后，对凸轮的研究逐步成熟起来，出现了较完整的运动规律的设计，在梯萨尔的著作中就采用了多项式运动规律。对凸轮机构的研究不断向纵深方向发展，开始对凸轮进行有限元分析及非线性问题的研究，同时，欧美各国学者对高速凸轮的研究也有新的突破，许多学者发表了关于凸轮机构的优化设计、凸轮振动、动态响应等方面的论文。日木在凸轮机构方面的研究也有巨大贡献。在机构设计方面，致力于寻求凸轮机构的精确解和使凸轮曲线多样化，以适应新的要求。并加强了对凸轮机构动力学和振动方面的研究和标准化研究，发展成批生产的标准凸轮机构，在此基础上进一步拓展凸轮机构 CAD/CAM 系统。美国、日木等国家的一些凸轮制造企业开发了供木企业使用的凸轮 CAD/CAM 系统，有的还形成了商业化软件，如日3木 SUNCALL 公司开发东华理工大学长江学院毕业设计 绪论4的 HYMOCAM 系统等。1.1.5 我国凸轮 CAD 系统存在的问题:通过调研以及查阅大量文献资料，我国现有的凸轮 CAD 系统存在如下问题：(1)多数是在 AutoCAD 基础上进行二次开发而成的，不具有三维建模功能；(2)没有商品化的凸轮 CAD 系统出现；(3)由于凸轮专用软件开发更新的速度慢，远远跟不上当今计算机硬件的发展速度，使得现有的平面凸轮机构 CAD 应用软件已大为落后，不能适应实际生产需要；(4)集成化、智能化和网络化很不完善。1.2 本文研究的主要内容本文研究的主要内容是关于沟槽凸轮机构的运动仿真。首先介绍了沟槽凸轮的设计，然后在 solidworks 软件中实现其实体建模和装配，最后才对装配好的沟槽凸轮机构进行运动仿真，并对仿真结果进行了分析。 1.3 本文意义对凸轮机构进行运动仿真，可以根据仿真结果以及碰撞干涉检查，对设计的零件进行结构等方面的修改，大大简化机构的设计开发过程，缩短开发周期，减少开发费用，同时提高产品质量。1.4 本章小结首先本章对课题的研究背景进行了详细的介绍，然后又对本文的研究内容和本文意义进行介绍东华理工大学长江学院毕业设计 凸轮机构设计分析52 凸轮机构设计分析2.1 从动件运动规律的选取运动规律设计包括对所设计的凸轮机构输出件的运动提出的所有给定要求。例如，推程、回程运动角、远休止角、近休止角、行程以及推程、回程的运动规律曲线形状，都属于运动规律设计。所谓凸轮曲线并不是凸轮轮廓的形状曲线，而是凸轮驱动从动件的运动曲线。研究凸轮曲线的目的在于用最短时间、最圆滑、无振动、耗能少的方式来驱动从动件。凸轮曲线特性优良与否直接影响凸轮机构的精度、效率和寿命。从动件的运动情况，是由凸轮轮廓曲线的形状决定的。一定轮廓曲线形状的凸轮，能够使从动件产生一定规律的运动；反过来实现从动件不同的运动规律，要求凸轮具有不同现状的轮廓曲线，即凸轮的轮廓曲线与从动件所实现的运动规律之间存在着确定的依从关系。因此，凸轮机构设计的关键一步，是根据工作要求和使用场合，选择或设计从动件的运动规律。在设计凸轮机构基木尺寸和凸轮轮廓之前，必须根据凸轮机构的工作性能要求选择从动件的运动规律方程式，选择不同的从动件运动规律将直接影响凸轮机构的基本尺寸设计、轮廓设计及凸轮机构的运动性能等。2.2 从动件的基本运动规律几种常见的基木运动规律有三角函数运动规律(简谐运动规律、摆线运动规律及双谐运动规律等)；简单多项式运动规律；等速运动规律(一次项运动规律)、等加等减速运动规律(二次项运动规律)等。2.3 从动件运动规律的选取原则从动件运动规律的选择或设计，涉及到许多因素。除了需要满足机械的具体工作要求外，还应使凸轮机构具有良好的动力特性，同时又要考虑所设计的凸轮廓线便于加工，这些因素又往往是互相制约的。因此在选择或设计运动规律时，必须根据使用场合、工作条件等分清主次，综合考虑。下面是一些常用运动规律的适用场合：(l) 等速运动规律在很多情况下能满足凸轮机构推程的工作要求，但是在从动件行程的开始和终止位置存在刚性冲击，是运动特性最差的曲线，所以等速运动规律很少单独使用，且不适用于中、高速。(2)等加速等减速运动规律的速度曲线连续，在所有曲线中其最大加速度值为最小，但在从动件行程的开始、终止和由正加速度变为负加速度的中间位置，加速度的有限值突变将6导致柔性冲东华理工大学长江学院毕业设计 凸轮机构设计分析7击，因而不能在中、高速场合使用。(3)余弦加速度运动规律消除了行程中间位置的加速度突变，且易于计算和加工，在中速时也能获得合理的从动件的运动。但当这种运动规律用于升停回停运动时，在行程的起始和终止位置因加速度突变而仍有柔性冲击。当这种规律用于升回升型运动时，则加速度曲线连续，没有柔性冲击。(4)正弦加速度运动规律用于升停回停运动时，从动件在行程的起始和终止位置加速度无突变，因而无柔性冲击，有利于机构运转平稳。但它用于升停回停运动时，在推程与回程的连接点处，跃度从有限的正值变为负值，因而加速度曲线不连续。这种曲线要求机械加工的准确性高于其他曲线。正弦加速度运动规律广泛用于中速凸轮机构，但不适于高速场合。2.2 凸轮机构基本尺寸的设计凸轮机构的基本尺寸对凸轮机构的结构、传力性能都有重要的影响。凸轮机构的基本参数选择的不恰当，则可能造成压力角过大或产生运动失真现象。凸轮机构的基本尺寸之间互相影响、互相制约，所以如何合理地设计这些基本尺寸，也是凸轮机构设计中要解决的重要问题。凸轮机构基本尺寸的设计问题是在给定从动件运动规律和许用压力角的条件下寻求一组适用的尺寸，从而使设计的凸轮机构性能佳、寿命长。沟槽凸轮机构主要设计参数有：基圆半径和偏距，滚子半径，摆杆长度等。为提高凸轮机构传力效果，希望机构在推程中压力角尽量小。一般来讲，这些参数的选择，除应保证使从动件能够准确地实现预期的运动规律外，还应当使机构具有良好的受力状况和紧凑的尺寸。2.2.1 凸轮机构压力角和基圆半径凸轮压力角是从动件运动(速度)方向与传动轴线方向之间的夹角。压力角是衡量凸轮机构传力特性好坏的一个重要参数。从减小推力、避免自锁，使机构具有良好的受力状况来看，压力角应越小越好。同时设计凸轮机构时，除了使机构具有良好的受力状况外，还希望机构结构紧凑。在实现相同运动规律的情况下，基圆半径越大，凸轮的尺寸也越大。因此，要获得轻便紧凑的凸轮机构，就应当使基圆半径尽可能地小。而基圆半径 r 及偏距 e 与凸轮压力角 有如下0 关系：8tan = = (21)0seds20ers东华理工大学长江学院毕业设计 凸轮机构设计分析9当凸轮逆时针转动、从动件偏于凸轮轴心左侧或当凸轮顺时针转动，从动件偏于凸轮轴心右侧时，压力角的计算公式：tan =20ersds由计算公式可知压力角和基圆半径两者是互相制约的，在一般情况下，为了保证设计的凸轮机构既有较好的传力特性又具有较紧凑的尺寸，设计时两者应同时考虑。为了保证凸轮机构顺利工作，规定了压力角的许用值 ，在使的前提下，选取尽可能小的基圆半径。推荐推程的许用压力角为：移max动推杆 =30 38 ；当要求凸轮尺寸尽可能小时可取 =45 ；摆动推杆0 0=40 45 ；回程时，由于推杆通常受力较小而无自锁问题，故许用压力角可以取大一点，通常取 =70 80 。0在实际工作中，一般都是先根据具体情况预选一个凸轮的基圆半径，待凸轮轮廓曲线设计完成后，在检查其最大压力角是否满足 。max2.2.2 凸轮机构的偏距由式(2 1)和式 (22)可看出，凸轮的转动方向和从动件的偏置方向不同，增大偏距。压力角的变化就不同。若推程压力角减小，则回程压力角将增大，即通过增加偏距来减小推程压力角，是以增大回程压力角为代价的。在设计凸轮机构时，如果压力角超过了许用值、而机械的结构空间又不允许增大基圆半径，则可通过选取从动件适当的偏置方向来获取较小的推程压力角。即在移动滚子从动件盘形凸轮机构的情况下，选择从动件偏置的主要目的是为了减小机构推程时的压力角。从动件偏置方向选择的原则是：若凸轮逆时针回转，则应使从动件轴线偏于凸轮轴心右侧；若凸轮顺时针回转，则应使从动件轴线偏于凸轮轴心左侧。东华理工大学长江学院毕业设计 凸轮机构设计分析102.3 凸轮轮廓设计实现从动件运动规律主要依赖于凸轮轮廓曲线形状，因而轮廓曲线设计是凸轮机构设计中的重要环节。凸轮机构设计的主要任务便是凸轮轮廓曲线的设计。传统的凸轮轮廓设计方法通常采用作图法或解析计算的方法描点。作图法虽简便易行，但其效率低，绘出的凸轮轮廓不够准确。所谓用解析法设计轮廓线，就是根据人们所要求的从动件的运动规律和已知的机构参数，求出凸轮廓线的方程式，并精确地计算一出轮廓线上各点的坐标值。解析法绘出的凸轮轮廓误差相对较小，但计算量大。目前精确设计凸轮轮廓的方法有包络法、速度瞬心法、等距曲面法等等。包络法利用凸轮和从动件的几何关系导出接触点的轨迹方程；速度瞬心法利用凸轮和从动件瞬时速度中心确定凸轮和从动件在某一瞬时接触点的位置。在滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际廓线是以理论廓线上各点为圆心、作一系列滚子圆，然后作该圆族的包络线得到的。因此，实际廓线与理论廓线在法线方向处处等距，该距离均等于滚子半径。下面介绍的是滚子摆动从动件凸轮轮廓曲线参数方程的建立：图 21 摆动滚子从动件盘形凸轮机构图 21 所示为一摆动滚子从动件盘形凸轮机构。已知凸轮机构转动轴心 O 与摆杆摆动轴心 A 间的中心距为 a，摆杆长度为 l，选取直角坐标系 XOY 如图021 所示。当从动件处于起始位置时，滚子中心处于 B 点，摆杆与连心线 OA0之间的夹角为 ；当凸轮转过 角后，从动件摆过 角。由反转法原理作图可00以看出，此时滚子中心将处于 B 点。由图可知，B 点的坐标（x，y）分别为：x=asin lsin（ + + ）0y=acos lcos（ + + ） (2.4)东华理工大学长江学院毕业设计 凸轮机构设计分析11从动件凸轮机构中，凸轮的实际轮廓线是以理论轮廓线上各点为圆心作一系列滚子圆，然后作该圆族的包络线得到的。因此，实际轮廓线与理论轮廓线在法线方向上处处等距，该距离均等于滚子半径。所以如果已知理论轮廓线上任意一点 B 的坐标（x，y）时，只要沿理论轮廓线在该点的法线方向取距离为 r ，即可得到实际轮廓线上相应点 B的坐标值（x，y） 。理论轮廓线上 B 点处的法线的斜率为tan = = (2.5)yxd)(dyx实际轮廓线上对应点 B的坐标可由下式求出：x=x r cosy=y r sin (2.6)其中，cos ， sin 可由公式（2.5）求的：cos =22)(dyxsin = (2.7)22)(dyx将式（2.7）代入式（2.6）得到：x=x r22)(dyxy=y r (2.8)22)(dyx式（2.8）即为凸轮实际轮廓曲线方程。式中“+”号用于外包络线， “-”号用于内包络线。东华理工大学长江学院毕业设计 凸轮机构设计分析122.4 机构简介本文要求机构输出端能实现升停回停的往复运动，并要求行程的起始和终止位置加速度无突变，加速度曲线连续，无柔性冲击，运转平稳。为了达到这个要求，本文采用的方案为凸轮机构。根据机构运动的要求和凸轮机构从动件运动规律的选取原则，本文选取的凸轮机构从动件的运动规律为正弦加速度规律。但正弦加速度运动规律用于升停回停运动时，在推程与回程的连接点处，跃度从有限的正值变为负值，因而加速度曲线不连续。为此本为选取的凸轮机构从动件的运动规律为修正正弦加速度规律。在设计具体的凸轮机构时，本文考虑了两种方案：第一种是滑块直接与凸轮连接的空间凸轮机构，第二种是凸轮与滑块并排的平面沟槽凸轮机构。考虑到安装尺寸和装配要求，本文选取第二种方案。在第二种方案中滑块和凸轮机构是并排的，不易连接，因此在两者间加了个连杆。具体的原理示意图如图 22 所示：图 22 摆动滚子从动件平面槽凸轮连杆组合机构原理示意图这个机构由两部分组成：沟槽凸轮和连杆滑块机构。其中主动件为由电动机驱动的沟槽凸轮，从动件为由沟槽凸轮机构驱动连杆滑块机构中的摆杆，运动输出端为滑块。其中OB=245mm、 OD=550mm、AB=220mm、BC=380mm、CD=135mm。由原理示意图可作出摆动滚子从动件平面槽凸轮连杆组合机构（以后简称为沟槽凸轮机13构）的机构简图。机构简图如图 23 所示：东华理工大学长江学院毕业设计 凸轮机构设计分析14图 23 沟槽凸轮机构机构简图2.5 本章小结(1)分析了从动件基本运动规律和组合运动规律，归纳了运动规律选取的原则。(2)介绍了常用凸轮机构压力角、基圆半径、偏距和滚子半径等基本尺寸的设计要求。(3)对凸轮轮廓曲线设计进行简单的分析，列出了凸轮轮廓曲线方程。东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的实体建模与装配153.沟槽凸轮机构的实体建模与装配3.1Solidworks 软件简介SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统，由于技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为CAD/CAM 产业中获利最高的公司。Solidworks 软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得 SolidWorks 成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，SolidWorks 是设计过程比较简便而方便的软件之一。在强大的设计功能和易学易用的操作（包括 Windows 风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用 SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。3.2 利用 SolidWorks 对沟槽凸轮机构进行建模：具体绘制步骤：启动 solidworks2012选择菜单命令 文件|新建，创建一个新的 3D 零件。选择“上视基准面”作为草图的绘制平面。单击“草图绘制”按钮进入草图绘制状态。沟槽凸轮的建模：以上视图基准面作为绘图基准面，画一个直径为 160 的圆。东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的实体建模与装配16（2）用拉伸命令，拉伸高度为 15。（3）绘制凸轮：用拉伸切除命令，给定深度 10东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的实体建模与装配17（4）完成沟槽凸轮的建模。摆杆的建模（1）以上视图基准面为基准面，绘制如图所示图形。（2）用拉伸命令，拉伸高度 15，完成摆杆的建模。东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的实体建模与装配18连杆的建模以上视图基准面为基准面 ，绘制如图所示图形。用拉伸命令，拉伸高度 15，完成连杆的建模。东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的实体建模与装配19滑块的建模(1) 以上视图基准面为基准面, 绘制如图所示图形。（2）用拉伸命令, 拉伸高分别为 15 东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的实体建模与装配20（3）用拉伸命令, 拉伸高分别为 30 ，完成滑块的建模机架的建模（1）以上视图基准面为基准面, 绘制如图所示图形。东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的实体建模与装配21（2）使用拉伸命令（3）完成机架的建模东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的实体建模与装配223.3 沟槽凸轮机构的装配过程(1)新建装配体。（1） 插入机架东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的实体建模与装配23（2） 再插入沟槽凸轮（3） 用配合命令，把凸轮安装在机架上东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的实体建模与装配24（4） 按照之前的方法继续将其余零件插入和配合上去（6）继续将其余零件插入和配合上去，完成整个装配体的装配。东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的实体建模与装配253.4 本章小结本章首先就 solidworks 软件进行了简单的介绍，然后又对沟槽凸轮机构进行了简单的分析，最后进行机构部零件的实体建模和装配。东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的运动仿真264.沟槽凸轮机构的运动仿真4.1solidworks 运动仿真简介：Solidworks 运动仿真简介在 SolidWorks 中，通过运动算例功能能够快速简洁的完成机构的运动仿真以及动画设计。其中，运动算例功能可以模拟图形的运动和装配体中各部件的直观属性，并可以实现模拟装配体运动、COSMOSMotion 以及物理模拟，进而生成视频文件。使装配体运动的方式是添加马达，从而驱动并控制装配体运动，或者可以决定装配体在不同时间的外观。通过设定键码点，可以确定装配体的运动轨迹顺序（即从一个位置跳动到另一位置所需的顺序） 。运动仿真的物理模拟用于装配体上的某些物理特性效果中，其中包括马达的模拟实现，阻尼系数的参数设定，弹簧的参数和效果设定以及引力在产品上的效应。COSMOSMotion 用于模拟分析，并输出模拟单元（力、阻尼、弹簧、摩擦等）在装配上的效应，它包含了所有物理模拟中可用的工具，是更高一级的模拟。在设计仿真动画的进程中，基本运用的是主程序中的装配体运动和物理模拟模块。Solidworks 仿真动画的正常运行全部取决于装配体的配合，因此装配体的操作是 Solidworks 非常主要的部分。同时 SolidwWorks 可以与其它三维设计软件完美转换，能够对产品进行更深层次的分析4.2 沟槽凸轮机构的运动仿真本文选用的是马达动画仿真，马达是指在软件中仿真多种马达的功能并且能使装配体实现运动的仿真功能，由于这不是一种力，所以其强度不会随零部件的大小或质量而改变下面简述沟槽凸轮机构装配体的动画仿真过程：（1） 打开文件“凸轮机构装配体”（2） 使用运动算例模块，点击 solidworks 左下角的 “运动算例 1” 展开运动算例界面如图所示:东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的运动仿真27(1) 添加马达。在运动算例工具栏中单击马达按钮 ，系统弹出如图所示“马达”对话框，选择旋转马达。（3） 编辑马达属性： 调整马达方向如图所示，选择“等速” ，调整转速为 30 RPM，其他选项按照系统初值设置。东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮机构的运动仿真28（4） 在马达对话框中单击 按钮，完成马达的添加（5） 仿真之前需要对装配体各个运动部件进行键码，在运动算例工具栏中单击自动键码 ，如图所示（6） 保存动画。在运动算例界面的工具栏中单击播放 按钮，可以观察动画，在软件工具栏中单击 按钮，命名为 “装配体” ，保存动画（7） 经过检验没有“干涉现象” ，设计完全符合要求东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮的数字化加工295.沟槽凸轮的数字化加工5.1 数字化加工方案制定的原则5.1.1 工序集中原则根据零件加工表面形状与所用数控机床的功能，应尽可能集中多种加工内容（特别是加工中心机床）在一次装夹中完成，以减少工序。对于大型零件更应尽可能在一次装夹中完成全部或主要表面的加工，以减少工序间的周转。 （2）要注意数控加工工序与常规机械加工工序的配合，可以这样认为，凡是用普通机床等传统方法加工的零件，都可用数控机床加工。5.1.2 毛坯的确定在机械加工中毛坯的种类有很多，如锻件、铸件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等，同一种毛坯又可能有不同的制造方法。最常用的毛坯是铸件和锻件，而本文所研究的对象某沟槽凸轮在工作中要承受重载荷、冲击载荷或交变载荷，应选用锻件作为毛坯，因为锻件的强度与冲击韧度高，该锻件的材料选用合金钢。锻造方法有自由锻、模锻与胎膜锻和精密锻造等几种。其中，自由锻生产效率低、锻造精度低、表面质量差、加工余量大，但成本较低，适用于单件小批量生产及大型锻件生产；模锻生产效率高、锻造精度高、表面质量好、加工余量小，可锻造较复杂的锻件，但成本较高，适用于成批大量生产中小型锻件；胎膜锻介于自由锻与模锻之间，适用于中小批生产小型锻件。5.1.3 毛坯制造形式的确定为了减少加工成本、提高工作效率、提高毛坯质量，可能导致增加毛坯的制造成本。因此我们需要注意材料的毛坯的尺寸形状、加工工艺和零件的精度要求等来选择合适的材料。综合以上几种因素来考虑我们生产的零件应该是采用铸造的方式生产铸造毛坯。确定该工件的材料为 HT200，该材料可获得更优良的综合力学性能，具有良好的加工切削性能。5.1.4 工艺路线拟定及工序内容的简述（1）毛坯将选好的毛坯放入数控机床上（2）输入输入定好的程序东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮的数字化加工30（3）粗加工按照程序先粗加工（4）精加工按照程序再精加工（5）完成5.1.5 数字化加工工艺路线的确定定位到达铣削位置按程序粗铣换刀按程序精铣换刀程序完成5.1.6 机床的选择选择合适的机床设备是非常必要的，它不仅影响到零件的加工质量，而且还影响到零件的加工效率和经济成本。机床的选择应考虑工厂的目前生产条件。如果零件的加工尺寸过大，精度要求比较高，没有合适的机床设备可提供时，就需要改装机床设备或设计专用的机床。在大批生产中，应该根据工序加工要求设计制造专用机床设备和组合机床，或者也可选用通用机床设备。所选用的通用设备应提出机床型号，该沟槽凸轮零件选用的通用设备的型号分别为“XK5032A” “Z5140 ” “CK6140A”。5.1.7 夹具的选择在单件小批量生产中，应选用通用夹具和组合夹具，在大批量生产中，应根据工序加工要求设计制造专用工装。5.1.8 刀具的选择根据沟槽凸轮零件的结构特点，铣削沟槽凸轮的内、外轮廓时，依据槽宽选择6mm 的铣刀，粗加工选用 6mm 高速钢立铣刀，精加工选用 6mm 硬质合金立铣刀。5.1.9 沟槽凸轮的技术要求该沟槽凸轮的沟槽侧面与中心孔的垂直度公差为 0.04 。该零件各个加工表面的粗糙度均大于 1.6 。 沟槽凸轮的内外轮廓主要是由直线和圆弧组成，凸轮侧面和内孔表面粗糙度要求较高，Ra 为 1.6.其余为 3.231东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮的数字化加工仿真326.沟槽凸轮的数字化加工仿真6.1Solidworks 数控加工模块 Solidcam 简介Solidcam 是一套 SolidWorks 的先进计算机辅助制造工具。Solidcam 可提供2.5 轴铣削，3 轴铣削，32 多边加工，5 轴联动加工，车削驱动工具，2/4轴电火花加工（2/4）轴电火花加工（2/4 轴线削） 。Solidcam 系统优点包括以下几点：(1)速切削支援任何 CNC 控制器。(2)曲面或实体不需转换就可直接做 2D 或 3D。(3)当实现加工模拟后，可快速存档计算产生 NC 代码(4)可提供 2D/3D 刀具路径模拟， CAD 图形模拟，素材模拟，实体模拟等等(5)支持顺时针/逆时针圆弧切削(6)弹性的 NURBS 曲面，可与实体作几何运算，无相连的曲面可自动重建成同一曲面。Solidcam 的 2D 铣床分为袋状加工、轮廓加工、开槽加工、智能识别 SolidWorks 孔特征。智能识别 SolidWorks 孔特征具有以下两点：(1)支持重复钻孔(2)可智能自动排列最佳钻孔工序其中 Solidcam 的 3D 铣床分为粗加工、中粗加工、切削模拟。粗加工的特点：可以在指定的深度内实现等高切削(1)提供顺时针/逆时针圆滑化的切削，在指定的容许误差范围内可以将刀具路径圆滑化(2)可以自动计算进刀深度之间未切削的平面或边线，同时以轮廓方式来切削平面或边线精加工主要分为以下几种:螺旋切削、曲面切削、等高切削、直线切削等等。其显著特点在于它能够与 SolidWorks 的无缝集成，可在单一窗口内操作，而且与 SolidWorks 的设计流程互相关联。事实上，这个软件在工业产品制造、汽车、航空工业、电子、模版工作均被广泛使用。6.2 数控加工仿真的过程沟槽凸轮零件的加工环境设置菜单“SolidCAM”“新增” “铣床” ，设定加工文件目录。首先新建加工文件，如图东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮的数字化加工仿真33（2）铣床工件设定1.选择 CNC 控制器的类型，选定 FANUC2.点击加工原点，如图3.然后点击选取曲面，如图所示东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮的数字化加工仿真34加工原点参数设定选择毛坯定义方式用“3D 立体” ，点击“设定” 。工件刀具参数的设置界面。刀具选择端铣刀，直径为 6mm 刀具编号为 1，如图6.2.1 数字化加工过程设计因为沟槽凸轮制造方式是铸造，所以加工方式选择 3D 立体加工东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮的数字化加工仿真356.2.2 粗铣沟槽凸轮加工仿真（1） 通过选择图形的上表面来定义加工图形（2） 选择刀具 1，端铣刀直径为 6mm；设定刀具参数；再选取刀具东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮的数字化加工仿真36切削进给设定 98mm/min，转速 200rpm，设定刀具进给相关参数东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮的数字化加工仿真37（3） 铣削高度的设定可以通过零件图形选择加工顶面和加工底面来确定加工次数为 1 次，设定加工参数（5） “存档并计算”和“ 模拟” 。以上是粗铣凸轮的过程，半精铣、精铣的加工操作过程一样，重复以上操作过程。6.2.3 钻孔加工仿真钻直径为 20mm 的孔加工仿真过程（1） 加工过程设定为 3D 钻孔加工东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮的数字化加工仿真38（2） 选择刀具 2，钻头直径为 19.6mm。选取钻孔图形设定钻头参数东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮的数字化加工仿真39（3） 通过选择加工顶面，再选择加工顶面来确定铣削高度（4） 加工次数设定（5） “存档并计算”和“ 模拟” 。6.2.4 沟槽仿真加工的数控程序生成数控程序的生成：P100N0 T05.05N10 G54 N20 S1200 M03 ；主轴顺时针转，转速为 1200N30 G00 X6 Y32 Z5 M08 ；冷却液开N40 G01 Z-5 F60 ；直线插补每分进给为 60N50 G25 N140.190 ；主轴速度波动检查关闭，换刀N60 G01 Z-7.95 N70 G25 N140.190N80 G00 Z50N90 T06.06 ；换刀准备精铣加工东华理工大学长江学院毕业设计 沟槽凸轮的数字化加工仿真40N100 G55 ；第二工件坐标系设定N110 S15