凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 浙江理工大学 本科毕业设计（论文） 题 目 凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 学 院 机械与自动控制学院 专业班级 09机械设计制造及其自动化（ 4）班 姓 名 景坷 学 号 B09300412 指导教师 唐浙东 系 主 任 胡明 学院院长 胡旭东 二 一三 年 五 月 十九 日 浙 江 理 工 大 学 机械与自动控制学院 毕业设计诚信说明 我谨在此保证：本人所做的毕业设计，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。设计说明书与图纸均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。 声明人（签名）： 2013 年 5月 19 日 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 摘要 凸轮机构是工程中用 来 实现机械化和自动化的重要驱动和控制机构 之一 ，在轻工、食品、纺织、印刷、医药、标准零件 制造、交通运输等领域运行的工作机械中 都 获得广泛应用。 但随着社会发展和科技进步， 为了提高产品的质量和生产率， 作为机械设备核心部件的 凸轮机构而言，必须进一步提高 它的 设计水平，在解析法设计的基础上开展计算机辅助设计的研究和推广应用。 因此，开展对凸轮机构运动分析的研究，对于揭示机构的运动性能，进行机构的优化设计和动力学分析有着重要的实际意义。 本文首先介绍了凸轮机构的发展概况，提出课题的背景和意义，接着指出国内外研究的趋势和国内高校凸轮机构实验仅局限于对运动参数的测量与分析，然后提出以现实生活中最常用的一些凸轮为基 础来研究 凸轮机构 试验平台 中从凸轮轮廓设计到加工到试验这一整个系统构成 。凸轮轮廓线的设计在解析法的基础上用计算机软件进行绘制。凸轮加工的方法用最常见的线切割加工，用 CAXA 线切割软件来辅助写代码。平台可测量盘形凸轮，圆柱凸轮，直动从动件及摆动从动件组成的不同的凸轮机构的运动特性。从动件的回复力采用恒定重力的重力回复，直动的轨道用直线导轨，进一步的提高测量精度。在实验台中各个传感器的设计位置，可以让学生直观去观察从动件的速度、加速度；同时，为了让实验台的测量数据更加丰富，在实验台上加上旋转编码器，就可以观察和研 究凸轮机构的在运行中输入轴的速度，让整个实验台的功能更加的强大，实验内容更加丰富，对凸轮机构运动研究也很有帮助。 关键词： 凸轮机构；运动分析；解析法；试验台；软件辅助设计 Abstract The cam mechanism is one of the drive and control mechanism used to achieve the mechanization and automation project, running in the field of light industry, food, textile, printing, medicine, standard parts manufacturing, transportation machinery are widely available. With the social development and scientific and technological progress in order to improve product quality and productivity, as the core components of the cam mechanism of the machinery and equipment necessary to further improve the design level, on the basis of the analytical method designed to carry out the study of computer-aided design and application. Therefore, to carry out the analysis of motion of the cam mechanism to reveal the kinematic performance, the optimal design of the institutions and dynamics analysis has important practical significance. This paper first introduces the overview of the development of the cam mechanism, put forward the background and significance of the topic, then pointed out that research trends at home and abroad and domestic universities cam mechanism experiment is only limited to the measurement and analysis of motion parameters, and then put forward to the most commonly used in real life cam based design of an innovative test platform to conduct a series of experiments to design, analysis and testing of the cam mechanism. Cam profile design computer software to draw on the basis of the analytical method. Cam processing method with the most common line cutting, with CAXA line cutting software to assist write code. Platform to measure disk cam, cylindrical cam, direct-acting the motion characteristics of the follower and oscillating follower cam mechanism. The restoring force of the driven member with constant gravity gravity reply movable straight track with a linear guide, and further improve the measurement accuracy. In the experimental Taichung sensor design, allows students intuitive to observe the follower velocity, acceleration； richer, in order 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 to allow the measurement data of the bench, and rotary encoders, can be observed in the experimental stage, and research the cam mechanism in the operation of the speed of the input shaft, so that the entire bench more powerful experimental richer, the movement of the cam mechanism is also helpful. Keywords: cam mechanism； motion analysis； analytical method； test bench； software aided design 目 录 摘 要 Abstract 第 1 章 绪论 . 2 1.1 引言 . 4 1.2 凸轮机构的研究现状和发展趋势 . 5 1.1.1 国内外凸轮机构研究现状 . 5 1.1.2 凸轮机构研究趋势 . 7 1.3 课题设计的内容和意义 . 8 第 2 章 凸轮机构的设计理论 . 9 2.1 凸轮机构的基本参数 . 9 2.2 从动件运动规律 . 10 2.3 凸轮轮廓曲线设计 . 13 第 3 章 凸轮的加工方法 . 17 3.1 划线加工 . 17 3.2 万能铣床加工 . 17 3.3 数控机床加工 . 18 3.4 仿形机床加工 . 19 3.5 电火花机床加工 . 20 第 4 章 凸轮机构实验平台 . 25 4.1 凸轮实验平台的组成 . 25 4.1.1 直动从动件结构 . 25 4.1.2 摆动从动件结构 . 27 4.1.3 圆柱凸轮结构 . 27 4.2 凸轮机构实验台传动设计 . 28 4.2.1 选择传动方案 . 28 4.2.2 选择电动机 . 28 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 4.2.3 涡轮蜗杆减速器 . 28 4.2.4 同步带传动设计 . 29 4.2.5 从动件组件设计 . 33 4.3 传感器选择 . 35 4.3.1 传感器概述 . 35 4.3.2 传感器选用原则 . 36 4.3.3 角位移传感器的选择 . 37 4.3.4 直线位移传感器选择 . 39 第 5 章 试验台运动仿真 . 40 5.1 运动仿真简介 . 40 5.2Pro ENGINEER 仿真简介 . 41 5.3 凸轮机构试验平台运动仿真 . 41 第 6 章 总结和展望 . 44 参考文献 . 45 致 谢 . 46 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 1 凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 2 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 3 凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 4 第 1 章 绪论 1.1 引言 凸轮机构是一种重要的驱动和控制机构用来实现机械化跟自动化，广泛的应用在轻工、发动机、纺织、印刷等工业机械中。凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的传动机构。三者之中凸轮是的主要运动方法是连续的等速回 转，因此设计不同形状的凸轮轮廓曲线就可以使从动件按照你想要的运动规律来进行运动。 凸轮机构之所以能如此广泛的应用是因为有许多其他机构比不上的优点，如： l、设计方便，适应性好，可以实现从动件的复杂运动规律的要求； 2、结构简单紧凑，控制准确而有效，运动的特性好，使用方便； 3、性能稳定， 故障少 ，维护保养方便 1 。 实际中所使用的凸轮机构的形式繁多，对凸轮机构的分类方法有三种，按凸轮的几何形状可以分为平面凸轮、空间凸轮；按从动 件的形状可以分为尖底从动浙江理工大学本科毕业设计（论文） 5 件、滚子从动件、平底从动件、曲面从动件、滑船式从动件；按凸轮与从动件维持接触的方式可以分为力锁合凸轮机构、几何形状锁合凸轮机构。 凸轮机构具有传动、导向及控制等功能，所以在各种需要实现机械自动化和半自动化的场合取得了广泛的应用。当凸轮机构用作传动机构时，可产生各种复杂的运动规律；当凸轮机构用于导向机构时，可以使工作机械的动作端产生复杂的轨迹或平面运动；当它作为控制机构时，可以控制执行机构的自动工作循环 2 。随着工业自动化程度的提高和凸轮 CAD CAM 技术水平的不断增长，凸轮机构所能应用范围将会变得更加广泛。 3 1.2 凸轮机构的研究现状和发展趋势 1.1.1 国内外凸轮机构研究现状 虽然我们对凸轮机构的认识时间很长，但直到 19 世纪末人们都没有对凸轮机构进行过系统的研究和分析。随着工业的快速发展，人们对自动化机械的需求量增加，在 20 世纪初期凸轮机构的研究才开始受到重视。凸轮机构应用的广泛性推动了人们对它的研究。最初，人们只研究凸 轮简单的几何形状和运动，来满足从动件运动的简单位置要求。随着各种机械在速度、效率、寿命、噪声和可靠性等方面对凸轮的要求日益提高，对凸轮机构的研究也逐步扩展与深化，从简单地考虑几何尺寸、运动分析和静力分析，发展到考虑动力学、润滑、误差影响、弹性变形等，其研究方向有数十个之多。 我国对凸轮机构的应用和研究已经有许多年的历史，目前仍在继续扩展和深入。 1983 年全国第三届机构学学术讨论会上关于凸轮机构的论文只有 8 篇，涉及到了设计、运动规律、分析、廓线的综合等四个方向。到了 1988 年的第六届会议，已有凸轮机构方面的论 文 20 篇，增加了动力学、振动、优化设计等研究方向。而 1990 年第七届会议，凸轮机构方面的论文 22 篇，又增加了 CAD CAM、误差分析等研究方向 4 。近几年，对凸轮分度机构方面的研究也不断深入，并发表了一系列论文， 5 对凸轮机构的共轭曲面原理 6 、专家系统等方面也有了相当的 研究。现在凸轮机构已经在包装、食品、纺织、交通运输、动力、印刷等机械凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 6 领域得到广泛的应用。但是，与先进国家相比，我国对凸轮机构的研究和应用还存在较在的差距，尤其是在对振动的研究、凸轮机构的加工及产品开发等方面。 欧美各国对凸轮机构研究的特点 7 大致如下； (1)论文数量多，研究范围广。 (2)研究的连续性和发展性强。 (3)研究工作随着新技术、新方法的产生和应用而深化。 (4)基础理论的研究持续稳定。 日本也特别重视凸轮机构的研究 ，有很多凸轮机构研究的专家，早期有小才川介、中开英一等，现在有牧野洋、西冈雅夫 筱原茂之等。还有许多专门生产凸轮机构的公司，如大冢公司、三共制作所等。日本经常举行讨论凸轮机构的学术会议。在有关的国际性刊物上也经常看到日本在凸轮机构研究方面的论文。日本近期在凸轮技术的发展上所做的工作主要有以下几个方面： (1)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，来适应新的要求。 (2)加强了凸轮机构动力学和振动方面的研究提高了机构的速度，发展了高速凸轮。他们已经生产出分度数每分钟 8000 次的分度凸 轮机构 8 。 (3)研制新的凸轮加工设备，以适应新开发的产品 实现了凸轮机构的小型化和大型化，已经设计生产出了世界上最小和最大的蜗杆凸轮机构，中心距前者为28mm，后者为 800mm。 (4)加强凸轮机构的标准化，发展成批生产的标准凸轮机构。 (5)发展凸轮机构的 CAD/CAM 系统。 日本学者非常注重将各方面的研究成果应用到实际的产品开发中去，比如他们充分地认识到凸轮机构作为控制机构具有高速下的稳定性、优良的再现性、良好的运动特性 和可靠性、易于实现同步控制、刚度高等优越性，因此十分重视将凸轮机构与电子技术相结合，在控制机构上作广泛的研究，从而拓宽了凸轮机构的用途。 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 7 1.1.2 凸轮机构研究趋势 虽然已经有很多学者对凸轮机构的研究做了相当多的工作，但在各研究方向仍有许多可继续进行的工作，并有一些研究工作有待开发。从设计的角度考虑，以下几个研究方向还有待开发： (1) 在从动件运动规律的研究方面，除了继续寻找更好的运动规律外，还要研究多种有效的分析方法。当对从动件的运动轨迹有所要求时，能够用这些方法求出满足要求并且性能优良的运动 规律。 (2) 对各种凸轮机构要综合考虑几何学和运动学的研究，尽可能导出普遍适用的比较精确计算公式。已有的研究大多数集中于平面和圆柱凸轮，而且仅仅是一种凸轮一种研究方法，因而设计公式过多，近似公式比较多等情况，并会影响到其他方面 (如 CAD 的应用等 )的研究。 (3) 发展通用并且有效的 CAD 系统。由于以上原因和种种因素，在凸轮机构设计过程中计算机的应用一直被局限于几种平面和圆柱凸轮机构，并且每一程序一般只能处理一到二种机构，对比较完整的 CAD 系统的研究，在近十几年才开始，而且很不完善。 (4) 引入专家系统或人工智能 CAD 系统。由于凸轮机构并不是标准机构，种类有许多，应用广，加之许多已有的知识不能公式化，凸轮设计质量与设计者的水平和经验有着密切的关系，所以应用普通的 CAD 系统，有时候效果并不很理想。如果引入专家系统，就可以获得较为理想的结果。随着专家系统的引入，必须注意收集吸取有关凸轮机构设计的知识及经验。 (5) 动力学研究的深化和研究成果的进一步实用化。 由于动力学问题自身的复杂性，导致凸轮机构研究主要集中于低、中速，对高速凸轮机构动力学的研究还不够深入和完善，所以，人们对这 些研究成果的可靠性存在怀疑，使得这些成果的应用并不广泛。 (6) 加强对凸轮机构的运动学特性和动力学特性的计算机模拟，以提高设计质量和缩短产品研制的周期。 (7) 研究 CAD/CAM 的一体化，凸轮加工中数控已经被应用了很长一段时间，也比较普遍，因此 CAM 是有一定的基础。但因为对 CAD 的研究不足，所以 CAD/CAM凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 8 的成效也比较少。现在数控机床已经能够使用高级语言编制的程序 和计算机图形系统，估计这方面的研究也将很快的发展起来。 9 1.3 课题 设计的内容和意义 一直以来，所做的凸轮机构实验一直是验证式实验模式，就是由教师提前准备好相关的设备，学生根据实验指导书和书上的教学参考步骤来完成实验，设计性跟创新性少，学生中普遍有着实际知识不足、重理论轻实验、实验技能低等问题。大部分学校的凸轮机构实验只局限于对运动参数的测量与分析，实验过程都是一成不变的，对学生创新素质的培养是不利的。 本课题中我们先用解析法来用已知参数条件对凸轮的轮廓曲线进行设计，然后在 Pro/Engineer中进行运动仿真，看是否能得到相应的运动规律， 然后用 CAXA线切割软件进 行代码的编写再输送到线切割机将凸轮生产出来，最后在试验平台上进行测试，验证是否满足设计要求。 在这个试验平台中，将对凸轮的设计、分析，优化及测试进行一系列的实验，可供学生使用，增强他们的综合设计及创新能力、实践动手的能力、分析和解决问题的能力。实验是高校在教学和科研上的重要组成部分。因此，实验是理论联系实际不可缺少的环节。凸轮机构实验是工科院校的机械原理课程实践教学的一个重要单元。通过该实验，学生可以深入了解和掌握各种凸轮机构的性能，从而将书本知识联系到工程实际，用书本上的知识来解决工程实际问题。所 以，凸轮机构实验的进一步完善和发展对提高学生的综合能力和专业水平具有重要意义 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 9 第 2 章 凸轮机构的设计理论 2.1 凸轮机构的基本参数 (1)基圆：以凸轮机构的回转中心为圆心，凸轮轮廓的最小向径为半径所作的圆，用0r表示。 (2)推程：从动件从距凸轮回转中心的最近点向最远点运动的过程。 (3)回程：从动件从距凸轮回转中心的最远点向最近点运动的过程。 (4)行程：从动件从距凸轮回转中心最近点到最远点运动所通过的距离，或从最远点回 到最近点所通过的距离。行程通常指从动件的最大运动距离，用 h表示。 (5)推程运动角：从动件从距凸轮回转中心的最近点运动到最远点时，对应凸轮所转过的角度，用 表示。 (6)回程运动角：从动件从距凸轮回转中心的最远点运动到最近点时，对应凸轮所转过的角度，用 表示。 (7)远休止角：从动件在距凸轮回转中心的最远点静止不动时，对应凸轮所转过的角度，用 s 表示。 (8)近休止角：从动件在距凸轮回转中心的最近点静止不动时，对应凸轮所转过的角度，用 s 表示。 (9)凸轮转角：凸轮绕自身转过的角度。一般情况下，凸轮转角从行程的起始点在基圆上开始度量，它的值等于行程起点和从动件的运动方向线与基圆的交点所组成的圆弧对应的基圆圆心角，用 表示。 (10)从动件的位移：凸轮转过转角 时，从动件所运动的距离，用 s表示。位移 s从距凸轮回转中心的最近点开始度量，对于摆动从动件，其位移为角位移，需要把直动从动件的运动参数转化为相应的摆动运动参数。 10 凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 10 2.2 从动件运动规律 从动件的运动一般作为凸轮机构的输出运动，而且凸轮的轮廓曲线往往也由从动件的运动规律来确定，所以正确的选择跟设计从 动件的运动规律是凸轮设计的一项重要工作。 从动件的运动规律就是指的是从动件的位移 s，速度 v，加速度 a和凸轮转角 或者时间 t 之间的 函数关系，从动件的运动规律的一般方程式为： )(ss 、)(vv 、 )(aa 。 凸轮机构的原动件是凸轮，并且一般作匀速回转运动。假设凸轮的角速度为 ，那么从动件的位移、 速度和加速度与凸轮的转角间的关系是 22222,),( dsddtdddvdtdvdtsdaddsdtdddsdtdsvss 而对于摆动从动件，就需要把式子中的位移、速度和加速度替换为角位移、角速度和角加速度。 多项式类型运功规律和三角函数类型运动规律是常见的两种从动件的运动规律。 1、多项式类型运动规律 多项式类型运动规律的从动件 的一般形式为 23221212210)1(62)2(nnnnnncnnccancccvccccs(2-1) 式中，ncccc , 210 均为待定常（系）数。等速运动、等加速运动、等跃度运动、五次项运动和七次项运动等运动规律均属于此种类型。 当 n=1 时，上述运动规律为 1 次项运动规律，就是等速运动规律，它的位移线图为一条斜直线。该运动规律用于“停 -升 -停”类型的凸轮机构时，理论上从动件在行程的起点和终点处有无穷大的加速度。因此会导致剧 烈的冲击（刚性冲击），所以单纯采用等速运动规律来实现“停 -升 -停”规律是不合适的，需要在行程的起始部分和终点部分用其他类型的运动规律来进行修正。等速运动规律仅仅适用在低速运动，从动件质量不大的凸轮机构。 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 11 当 n=2 时，运动规律为 2次项运动规律，也就是等加速等减速运动规律，其位移曲线为抛物线。等加速等减速运动在运动的起始位置、衔接点和终止位置上的加速度产生一定幅度的突变，使得从动系统的惯性力引起有限幅度的突变，从而导致所谓的柔性冲击。此类运动规律不适合用在高速运转的凸轮机构上。 当 n=5 时，上面的运动规律为 5次 项运动规律。当从动件按照 5 次项运动规律运动时，加速度曲线无突变现象，且其幅值较小。适用于高速凸轮机构。 2、 三角函数类型运动规律 三角函数类型的运动规律主要有简谐运动、双谐运动和摆线运动等 11 。 （ 1） 简谐运动规律 简谐运动规律又称余弦加速度运动规律。 推程阶段运动方程式： )c o s (2)s in (2)c o s (12222hahvhs(2-2) 回程阶段的运动方程式为： )c o s (2)s in (2)c o s (12222hahvhs(2-3) 简谐运动规律的特征是从动件的加速度按照余弦运动规律变化，从动件在运动的始末位置有柔性冲击。若推程和回程都采用简谐运动规律，且运动角相等且无停留期，则满足无冲击条件，可用于高速凸轮。 （ 2）双谐运动规律 推程阶段的双谐运动方程式： 凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 12 )s in ()2s in (22)2c o s () c o s (2)2s in (21) s in (2)2c o s (41)c o s (43233332222hdsdhdsdhddshs(2-4) 在推程终止位置加速度幅度最大，用于“停 -升停”类型时发生柔性冲击，用于“停 -升 -回”类型时可以减小甚至消除柔性冲击。适合高速下运转的凸轮 （ 3） 摆线运动规律 摆线运动规律又称正弦加速度运动规律。 推程阶段运动方程为： )2s in (2)2c o s ()2s in (2122hahhvhs(2-5) 回程阶段运动方程为： )2s in (2)2c o s ()2s in (21122hahhvhs(2-6) 速度和加速度均无突变，可适用于凸轮机构的高速运动场合。 12 上述多项式和三角函数运动规律是凸轮机构从动件运动规律的基本形式，各有各的优缺点。为了扬长避短，常常将数种不同的运动规律拼接起来，构成新的组合型运动规律。又可称为修正型运动规律。 本实验台所用的 8 种不同运动规律的盘形凸轮分别为： 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 13 （ 1） 等速运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角 150；远休止角 60；回程运动角 150 . （ 2） 等加速等减速运动规律 :推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径r=40mm；推程运动角 180；回程运动角 180。 （ 3） 正弦加速度运动规律 :推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径r=40mm；推程运动角 180；回程运动角 180。 （ 4） 余弦加速度运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半 径r=40mm；推程运动角 180；回程运动角 180。 （ 5） 3 4 5 多项式加速度运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角 150；近休止角 30；回程运动角150；远休止角 30。 （ 6） 改进等速运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角 150；近休止角 30；回程运动角 150；远休止角 30。 （ 7） 改进正弦运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角 150；近休止角 60；回程运动角 150。 （ 8） 改进梯形运动规律：推程 h=15mm；回程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角 180；回程运动角 180； 2.3 凸轮轮廓曲线设计 凸轮轮廓曲线的设计是根据所选定的从动件运动规律和基本的尺寸，来求出凸轮的轮廓曲线。凸轮轮廓曲线设计的基本原理是反转法原理，即设想给凸轮机构加上 1个绕凸轮回转中心的反转运动，并且使反转的角速度等于凸轮转动的角速度。凸轮是静止不动的，从动件一方面随导路绕 0点反方向转动，同时又沿它的导路方向按预定的运动规律 做相对运动。由于从动件始终与凸轮的轮廓曲线保持接触。所以，从动件的底部在由反转跟相对移动所组成的复合运动中的轨迹就是凸轮的轮廓曲线。 传统的凸轮设计方法有作图法绘制凸轮轮廓曲线和解析法计算凸轮轮廓坐标两种。图解法容易，直观，但设计的精度不高，只适用一些设计精度要求低的凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 14 凸轮；解析法的设计精度较高，但因为计算量比较大，往往需要编写复杂的计算机程序 13 。因为计算机技术的广泛运用从而促进了机械设计和制造技术不断地革新，各种 CAD CAE 软件的功能也日益完善，凸轮机构的设计技术也进入了新的阶段。我们可以选用多种 CAD CAE 软件对凸轮机构进行三维实体建模和仿真分析，从而更好的提高设计质量，减少设计时间，获得优良的设计方案和精确的设计数据。本平台用 CAXA 线切割来进行凸轮轮廓的绘制和线切割代码编写。 下面以 2号盘形凸轮为例来说明凸轮轮廓曲线的设计过程： 设计一凸轮机构，要求从动件行程 h=15mm；凸轮基圆半径 r=40mm；推程运动角0 180；回程运动角 1 180。从动件以等加速和等减速规律前进和返回。 （ 1） 根据从动件运动规律确定凸轮轮廓的公式曲线 根据等加速和等减速规律的运动方程确定本案例中凸轮的轮廓曲线的极坐标方程，其中等加速及等减速运动规律的运动方程如表 2-1所示。 表 2-1 等加速及等减速运动规律的运动方程 运动规律 运动方程 推程（ 00 ） 回程（ 10 ） 等加速运动规律 2202 hs （ 20 0 ） 2212 hhs （ 20 1 ） 等减速运动规律 2020)(2 hhs （ 002 ） 2121)(2 hs （ 112 ） 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 15 以角速度的变化量为参变量 t，将基园半径 r=40mm、从动件行程 h=15mm、推程角 0 180 、回程角 1 180等参数代入到从动件运动规律的运动方程中，得到凸轮轮廓曲线的极坐标方程如表 2-2 所示。 表 2-2 凸轮轮廓曲线的极坐标方程 （ 2） 用 CAXA 公式曲线功能绘制凸轮轮廓推程曲线 打开 CAXA 线切割软件，选择绘制高级曲线公式曲线命令，系统弹出“公式曲线”对话框 14 ，在该对话框中选择坐标系为极坐标系，选择参变量 t的单位为角度。按照表 2-2 所示的推程段凸轮轮廓确定参变量的起始为 0、终止值为90，设置曲线精度为 0.001，在极坐标公式栏中输入该段凸轮轮廓曲线方程为221 8 015240)( tt ，如图 2-1 所示。 凸轮轮廓 从动件运动规律 参变量（ t） 凸轮轮廓曲线极坐标方程 推程前半段 推程后半段 回程前半段 回程后半段 等加速运动规律 等减速运动规律 等加速运动规律 等减速运动规律 900 t 18090 t 270180 t 360270 t 221 8 015240)( tt 22 )1 80(1 80 1521540)( tt 22 )1 80(1 80 1521540)( tt22 )3 6 0(1 8 0 15240)( tt 凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 16 图 2-1 公式曲线对话框 完成公式曲线的各项设置后，可以点击预显键预览下该段曲线有无错误，确定无误后，点击对话框中的确定键，系统提示让你选择“曲线定位点”，输入坐标“ 0， 0”或者点击坐标原点，就可完成该段的轮廓曲线创建。 重复上面的步骤，按照表 2-2所示的极坐标方程一一把凸轮剩下的各段轮廓曲线都创建完毕，曲线的定位点都为原点，最终完成的凸轮轮廓曲线如图 2-2所示。 图 2-2 凸轮轮廓曲线 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 17 第 3 章 凸轮的加工方法 凸轮的轮廓切削加工的方法很多，如果按照加工设备的要求来划分，有划线加工、万能铣床加工、数控铣床加工、数控磨床加工、电火花切割加工和仿形加工。 3.1 划线加工 用划线加工是指加工好凸轮基准面以后，用钳工划出凸轮工作型面线，然后按照线粗铣或钻孔后锯开，最后进行必要的热处理和修磨，用金属板划线后按线检验。划线加工的精度难控制，消耗的工时多，通常只适用在单件修配的凸轮加工，也用于紧密的凸轮的毛胚加工。圆柱和圆锥凸轮可以根据展开面上面的轮廓曲线坐标数据进行划线加工。 3.2 万能铣床加工 万能铣床用于加工平面凸轮和空间凸轮。加工的时候，刀具和毛胚之间的现对位置和相对运动状况如图 3-1图 33 所示。刀具回转产生切削运动；凸轮轮廓的形状是根据分度头的旋转和工作台相对于刀具轴线移动所形成的。 图 3-1 平面凸轮轮廓铣削加工 凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 18 图 3-2 圆柱凸轮轮廓铣削加工 图 3-3 圆锥凸轮轮廓铣削加工 3.3 数控机床加工 数控机床通常用于单件或小批量制造精密凸轮或靠模凸轮。加工方案仍然按照图 3-1图 3-3 所示。工作台移动和工件的回转都由步进电动机或伺服电动机驱动。 根据机床的控制方式，把刀具中心轨迹坐标数据变成控制机床运动所需要的格式数据文件后，输入到机床中，就可以加工出所需要的凸轮轮廓。 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 19 3.4 仿形机床加工 通用或者专用的仿形机床可以加工各种类型的凸轮轮廓，也叫复制加工，按照靠模或者样板凸轮的原型加工，生产率高，单件的成本低，是批量生产经常适用的加工设备。 属于仿形法加工的有以下集中：靠模车削、仿形铣削和仿形磨削。现代的凸轮仿形法加工，多用液压仿形铣床、光电跟踪仿形铣床和伤形磨床等加工。 图 3-4 靠模车凸轮 （ 1）靠模车凸轮：在普通的车床上 ，利用仿形装置可以加工具有封闭轮廓的平面和圆柱形的凸轮，如图 3-4 所示。 图中在普通的车床上安装了具有滚子的靠模装置，通过靠模 2把凸轮工作表面的尺寸转换到刀具的运动上去，滚子 3 借助弹簧的作用力始终保持与靠模接触。切削的时候纵向进给自动 (或手动 )进行，而横向上的进给由靠模控制，从而加共出工作表面。 图 3-5 机械式靠模铣凸轮示意图 （ 2） 仿形铣凸轮：利用靠模夹具铣削凸轮的工作情况可参见图 3-5。 机械式仿形加工凸轮的时候，靠模的磨损快，加工的精度低。现代的仿形铣床，都采用液压或电液仿形系统，跟光电跟 踪仿形系统等。采用液压或电液仿形凸轮机构运动分析及创新设计试验平台研制 20 铣床时，因为靠模所受压力极小，使用寿命长，所以可以采用铸铁、铝合金、木材或者石膏等。 （ 3）仿形磨削凸轮：仿形磨削适用于加工凸轮的型面已淬硬且粗糙度要求比较小，轮廓功线的向径精度要求比较高的凸轮。 仿形磨削可以在通用机床上安装仿形装置和磨头进行加工，也可在专门的仿形磨床上加工，它们的构造与工作原理基本上与仿形铣削相同。 3.5 电火花机床加工 用在凸轮加工的电火花机床有线切割机和电火花成形加工机床。 本试验台的