圓柱凸輪輪廓的三坐標(biāo)測(cè)量法研究及應(yīng)用

凸輪機(jī)構(gòu)是一種廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和控制裝置中的高副機(jī)構(gòu),只要能正確設(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線,就可以通過凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。針對(duì)傳統(tǒng)凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)方法的缺陷和不足,本文介紹了集cad/cae/cam于一體的三維參數(shù)化軟件ugnx在設(shè)計(jì)復(fù)雜圓柱凸輪輪廓曲線中的應(yīng)用,為優(yōu)化凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)方法提供了一定的參考依據(jù)。

以某礦所使用的圓柱凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪凹槽輪廓線的設(shè)計(jì)為例,簡(jiǎn)單介紹了反求設(shè)計(jì)的分析理論和設(shè)計(jì)方法,并用運(yùn)動(dòng)分析軟件證明了反求設(shè)計(jì)的分析理論和設(shè)計(jì)方法的可行性。

闡述了運(yùn)用pro/e軟件設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法,將常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析方法與三維軟件的參數(shù)化造型設(shè)計(jì)相結(jié)合,為一般圓柱凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可靠的設(shè)計(jì)方法,對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的改型設(shè)計(jì)及參照設(shè)計(jì)提出了可供借簽的案例。

在分析了弧面凸輪廓面數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)弧面凸輪廓面進(jìn)行了等徑點(diǎn)位測(cè)量,并提出了一種逐點(diǎn)比較法,將所有的測(cè)量數(shù)據(jù)用于確定凸輪坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系的位置關(guān)系。用非均勻b樣條曲線擬合所有凸輪坐標(biāo)系中的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù),由擬合曲線和滾子共軛運(yùn)動(dòng)的嚙合方程求解實(shí)際共軛運(yùn)動(dòng),從而評(píng)價(jià)弧面凸輪廓面的傳動(dòng)質(zhì)量。最后,通過一個(gè)檢測(cè)實(shí)例驗(yàn)證了該算法的正確性和可行性。

在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基礎(chǔ)上給出了一種數(shù)字化測(cè)量曲面輪廓的方法,通過測(cè)球半徑的補(bǔ)償、坐標(biāo)系的建立、最佳測(cè)量路徑的規(guī)劃以及混合編程掃描,提高了測(cè)量精度及掃描測(cè)量的效率,而且采集到的數(shù)據(jù)可以反映曲面的幾何特征,并以實(shí)例對(duì)該方法進(jìn)行說明,得到了數(shù)字化的曲面輪廓數(shù)據(jù)。

對(duì)于嚴(yán)重磨損的凸輪,用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)接觸式測(cè)量,提取凸輪輪廓的數(shù)據(jù),然后導(dǎo)入pro/e軟件進(jìn)行模型重建和局部修正,在ug軟件中完成了數(shù)控加工程序編制,實(shí)現(xiàn)了凸輪的快速反求。利用wenzel三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的自動(dòng)測(cè)量封閉自由曲線功能,減小了提取凸輪輪廓數(shù)據(jù)的工作量。

介紹圓柱度的概念及常用測(cè)量方法,分析三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)圓柱度的過程,根據(jù)檢測(cè)過程闡明引起測(cè)量誤差的因素,給出圓柱度的三坐標(biāo)檢測(cè)需要注意的重要參數(shù)設(shè)置。

針對(duì)凸輪輪廓線目前在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中存在的不足,提出用五次bézier形式的ph曲線設(shè)計(jì)對(duì)心直動(dòng)滾子圓盤凸輪理論廓線,使凸輪從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度和加速度光滑連續(xù),且在推程、回程的起點(diǎn)、終點(diǎn)處的速度和加速度皆為零,從而極大地改善了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性,并且由所得的理論廓線可精確、方便地獲得凸輪的實(shí)際廓線和數(shù)控加工系統(tǒng)中刀具運(yùn)動(dòng)軌跡曲線.

針對(duì)盤形凸輪廓線設(shè)計(jì)工作量大和設(shè)計(jì)精度較低的問題,以從動(dòng)件的等速運(yùn)動(dòng)、等加速等減速運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、擺線運(yùn)動(dòng)的位移表達(dá)式出發(fā),提出用極坐標(biāo)矢量解析法設(shè)計(jì)平底從動(dòng)件盤形凸輪廓線,并且利用該方法推導(dǎo)出了盤形凸輪廓線方程.

在autocad中設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線通常比較繁鎖,且繪圖精度不高.將autocad與excel、autolisp、c語言、mastercam等軟件結(jié)合,能夠快速而精確地生成凸輪輪廓曲線,極大地提高了設(shè)計(jì)精度和效率,并有效地保證了加工質(zhì)量.

目前,凸輪分度機(jī)構(gòu)已成為許多高效、高精度自動(dòng)機(jī)、半自動(dòng)機(jī)和自動(dòng)生產(chǎn)線中不可缺少的關(guān)鍵部件。凸輪工作表面既要受到摩擦,還要承受沖擊,承受著比心部高的應(yīng)力,從而影響凸輪分度機(jī)構(gòu)的使用壽命。要提高凸輪分度機(jī)構(gòu)的使用壽命,就必須要求在凸輪工作表面的有限深度范圍內(nèi)具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性,而

介紹了光學(xué)連續(xù)變焦物鏡的工作原理以及光路計(jì)算過程。對(duì)繪圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。利用pro/e設(shè)計(jì)軟件,對(duì)凸輪零件輪廓進(jìn)行了三維詳細(xì)設(shè)計(jì),準(zhǔn)確還原了連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)中變倍組和補(bǔ)償組透鏡的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,提高了凸輪輪廓的設(shè)計(jì)精度。

圓柱凸輪溝槽高頻淬火感應(yīng)器的設(shè)計(jì)

根據(jù)從動(dòng)件的幾種基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律,探討了直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角計(jì)算,確定了最大壓力角的大小及其位置。

針對(duì)等流量柱塞泵凸輪輪廓運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜、加工編程要求高的狀況,提出了對(duì)輪廓曲線進(jìn)行最小二乘法擬合與數(shù)控編程的方法。首先根據(jù)凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律按等間隔參數(shù)法對(duì)凸輪曲線進(jìn)行了分段離散,對(duì)離散點(diǎn)用最小二乘法擬合出凸輪的第一段圓弧;再根據(jù)所計(jì)算的擬合圓與凸輪曲線的偏差用最小二乘法擬合以得到其余各圓弧段;最終完成了整個(gè)輪廓擬合及數(shù)控編程。研究結(jié)果表明,用該方法進(jìn)行等流量柱塞泵凸輪的數(shù)控編程,擬合圓弧段少、光順性好,避免了在數(shù)控加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng),可提高加工質(zhì)量。

pc-dmis軟件編程中,工件坐標(biāo)系建立的好壞直接影響測(cè)量精度和測(cè)量效率。文章結(jié)合工作實(shí)際,分析了批量工件和單一工件坐標(biāo)系的建立方法。

第28卷第5期 2011年5月 機(jī)械設(shè)計(jì) journalofmachinedesign vol．28no．5 may2011 基于逆向工程技術(shù)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的cad/cam * 蔣萌，葛正浩，屈毅，李艷妮 （陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西西安710021） 摘要：介紹了圓柱凸輪機(jī)構(gòu)逆向設(shè)計(jì)與制造的流程和方法。利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和pro/e軟件為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)輔助設(shè)計(jì)， 以microsoftvisualc++6．0為開發(fā)工具，基于windows平臺(tái)編制了圓柱凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造軟件，實(shí)現(xiàn)了圓柱凸輪機(jī) 構(gòu)的循環(huán)圖和輪廓設(shè)計(jì)，并可進(jìn)行壓力角及曲率半徑的快速校核和凸輪的運(yùn)動(dòng)仿真，生成了直接用于數(shù)控機(jī)床的刀具 nc加工代碼，實(shí)現(xiàn)了圓柱凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)制造一體化。此cad/cam系統(tǒng)不僅可用于圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的反求設(shè)計(jì)，亦可簡(jiǎn) 單

以某礦所使用的圓柱凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪凹槽輪廓線的設(shè)計(jì)為例．簡(jiǎn)單介紹了反求設(shè)計(jì)的分析理論和設(shè)計(jì)方法，并用運(yùn)動(dòng)分析軟件證明了反求設(shè)計(jì)的分析理論和設(shè)計(jì)方法的可行性。

為了能夠在接觸式自由曲面輪廓測(cè)量過程中放寬對(duì)工件位置調(diào)整的要求并提供高精度的測(cè)量結(jié)果,本文運(yùn)用最小二乘法的基本原理,提出了一個(gè)可通過測(cè)量數(shù)據(jù)擬合出一個(gè)最佳位置放置參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。該模型能同時(shí)校正自由曲面放置時(shí)存在的繞x、y、z軸的微小旋轉(zhuǎn)量及沿x、y、z方向上的微小偏離量所造成的測(cè)量誤差。大量數(shù)學(xué)模擬結(jié)果表明,該模型在恢復(fù)上述誤差源上具有很高的精度,可精確地恢復(fù)1cm以下的偏心和0.1°以下的旋轉(zhuǎn)量。對(duì)一實(shí)際自由曲面的測(cè)量結(jié)果表明,該模型可靠有效,為接觸式三坐標(biāo)測(cè)量自由曲面輪廓提供了寬松的鏡子放置條件,同時(shí)提供了可靠的測(cè)量結(jié)果。其分析數(shù)據(jù)的基本原理對(duì)其它非接觸式的自由曲面的輪廓測(cè)量同樣具有較高的參考價(jià)值。

針對(duì)新型立式六缸鉆井泵中的圓柱偏心凸輪機(jī)構(gòu),進(jìn)行了活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究,設(shè)計(jì)了動(dòng)力端凸輪機(jī)構(gòu),分析了偏心凸輪對(duì)排量不均度的影響,運(yùn)用軟件繪制偏心凸輪的輪廓線。研究結(jié)果對(duì)六缸鉆井泵的圓柱偏心凸輪的設(shè)計(jì)、制造提供了理論依據(jù)。

目前，凸輪分度機(jī)構(gòu)已成為許多高效、高精度自動(dòng)機(jī)、半自動(dòng)機(jī)和自動(dòng)生產(chǎn)線中不可缺少的關(guān)鍵部件。凸輪工作表面既要受到摩擦，還要承受沖擊，承受著比心部高的應(yīng)力，從而影響凸輪分度機(jī)構(gòu)的使用壽命。要提高凸輪分度機(jī)構(gòu)的使用壽命，就必須要求在凸輪工作表面的有限深度范圍內(nèi)具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而其心部又要有足夠的塑性和韌性，以承受一定的沖擊力。要同時(shí)滿足這兩方面的要求，最好的辦法就是在保證凸輪心部強(qiáng)度和韌性的前提下，對(duì)凸輪溝槽進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。

根據(jù)圖樣所給出的凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律基本尺寸,基于matlab提出了用傅里葉函數(shù)方法擬合凸輪的輪廓線,并對(duì)其擬合誤差進(jìn)行分析,與用多項(xiàng)式擬合方法的擬合誤差進(jìn)行比較,得出用同階傅里葉函數(shù)擬合的方程誤差平方和(sse)更趨向于0,且各擬合點(diǎn)誤差較多項(xiàng)式擬合小,更能滿足擬合精度。求出凸輪的輪廓線坐標(biāo),并輸入到數(shù)控機(jī)床,完成凸輪的反求工程。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明,由該方法加工出來的凸輪滿足生成工藝要求,可為類似凸輪設(shè)計(jì)提供借鑒。