1、 題 目 基于solidworks的某盤形凸輪機構數字 化設計及加工英文題目 Based On SolidWorks Disc-Shaped Cam Mechanism Design and Processing 學生姓名： 學 號： 專 業： 機械電子工程 系 別： 機械與電子工程系 指導教師： 職稱： 講師 摘 要在當今經濟全球化、市場競爭日趨激烈的時代，新產品的開發時間成為企業能否在激烈的市場競爭中取勝的關鍵因素。傳統的產品設計過程中重復計算、重復建模等工作量很大，一直困擾著產品開發人員，嚴重影響了產品的設計質量和效率。這種現象在凸輪的設計中尤為突顯。針對這一問題，本課題利用solidw

2、orks軟件中的運動仿真模塊對凸輪機構運動進行模擬仿真及加工。本論文的主要研究內容有：1、溝槽凸輪設計2、溝槽凸輪機構的零部件的實體建模3、溝槽凸輪機構的運動仿真關鍵詞： solidworks軟件 溝槽凸輪 實體建模 運動仿真 仿真加工IIIABSTRACTIn 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

3、. 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

4、, 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

5、 Key Words: Solidworks Cam groove, Modeling, Motion Simulation, Mulation Processing目 錄摘 要IABSTRACTII緒論11.1本文研究的背景11.1.1選取課題背景及意義:11.1.2我國凸輪機構的研究現狀:11.1.3我國凸輪機構CAD/CAM的研究現狀:21.1.4國外凸輪機構及其 CAD/CAM的研究現狀:21.1.5我國凸輪CAD系統存在的問題:31.2本文研究的主要內容31.3本文意義31.4本章小結32凸輪機構設計分析42.1從動件運動規律的選取42.2從動件的基本運動規律42.3從動件運動規律的

6、選取原則42.2凸輪機構基本尺寸的設計52.2.1凸輪機構壓力角和基圓半徑52.2.2凸輪機構的偏距62.3凸輪輪廓設計72.4機構簡介92.5本章小結103.溝槽凸輪機構的實體建模與裝配113.1Solidworks軟件簡介113.2利用SolidWorks對溝槽凸輪機構進行建模：113.3 溝槽凸輪機構的裝配過程183.4本章小結214.溝槽凸輪機構的運動仿真224.1solidworks 運動仿真簡介：224.2溝槽凸輪機構的運動仿真225.溝槽凸輪的數字化加工255.1數字化加工方案制定的原則255.1.1工序集中原則255.1.3毛坯制造形式的確定255.1.4工藝路線擬定及工序內容

7、的簡述255.1.5數字化加工工藝路線的確定265.1.6機床的選擇265.1.7夾具的選擇265.1.8刀具的選擇265.1.9溝槽凸輪的技術要求266.溝槽凸輪的數字化加工仿真276.1Solidworks 數控加工模塊 Solidcam 簡介276.2數控加工仿真的過程276.2.1數字化加工過程設計296.2.2粗銑溝槽凸輪加工仿真306.2.3鉆孔加工仿真326.2.4溝槽仿真加工的數控程序生成346.3本章小結35結論36緒論1.1本文研究的背景1.1.1選取課題背景及意義:凸輪機構是典型的常用機構之一。由凸輪、從動件和機架這三個基本構件所組成的。凸輪機構是能使從動件按照給定的運動

8、規律運動的高副機構，可以實現任意給定的位移、速度、加速度等運動規律，而且與其它機構配合可以實現復雜的運動要求。工程中，幾乎所有簡單的、復雜的重復性機械動作都可由凸輪機構或者包括凸輪機構的組合機構來實現。凸輪機構其最大的優點就在于只要能夠適當地設計出盤形凸輪的輪廓曲線，就能夠使推桿獲得各種預期的運動規律，并且響應速度非常快，機構也簡單緊湊，正因如此，凸輪機構是不可能被數字控制、電子控制等裝置完全代替。凸輪機構還兼有傳動、導向和控制機構的功能。在凸輪機構用作為傳動機構的時候，可以產生比較復雜的運動規律，比如變速范圍大的非等速運動，并能暫時停留或者作各種步進運動；在凸輪機構用于導向機構的時候，能夠使

9、工作機構產生非常復雜的運動軌跡曲線。在凸輪機構用作控制機構的時候，還可以控制執行機構作自動工作的循環或者作為函數的發生器。在凸輪機構作為機械式運動用來傳遞信息儲存的基本元件的時候，它具有構件少和空間體積小的優點。由于凸輪機構具有平穩性好，重復精度高，運動特性良好，機構的構件少，體積小，剛性大，周期控制簡單，可靠性好，壽命長等優點，因而是現代工業生產設備中不可缺少的機構之一，被廣泛用于各種自動機中。例如，自動包裝機、自動成型機、自動裝配機、自動機床、紡織機械、農用機械、印刷機械加工中心環刀機構、高速壓力機械等。1.1.2我國凸輪機構的研究現狀:我國以前對凸輪機構深入系統地研究較少，僅在內燃機配氣

10、凸輪機構有較深入研究。1990年以來，有關凸輪機構的應用研究取得了一大批成果，許多己應用于生產。陜西科技大學完成的(高速高精度間歇轉位凸輪分度機構CAD/CAM)，1995年獲陜西省科技進步二等獎：開發的“凸輪分度機構傳動裝置”獲中國輕工總會優秀新產品一等獎；加工弧面凸輪的“XK5001雙回轉坐標數控銑床”獲實用新31型專利。天津大學關于分度凸輪機構的研究，得到了國家自然科學基金的支持；研究開發的兩片式平行分度凸輪機構達到了國內領先水平。此外，上海交通大學、大連輕工業學院、合肥工業大學和山東大學(山東工業大學)等在理論應用研究方面都取得了很多具有國際或國內先進水平的科研成果。盡管我國對凸輪機構

11、的應用和研究也有多年的歷史，對凸輪機構的設計、運動規律、輪廓線、動力學、優化設計等方面的研究都取得了很多科研成果。但是，與先進國家相比，我國對凸輪機構的設計和制造上都還存在較大的差距，尤其在制造方面。在國外核心技術也只是集中在少數的幾家公司和科研機構中，而且由于技術保密等因素，具有一定參考價值的相關資料很少公開發表。這樣就在無形中制約著我國凸輪機構設計和制造水平的提高，造成高速、高精度的凸輪機構必須依賴進口的被動局面1.1.3我國凸輪機構CAD/CAM的研究現狀:我國凸輪機構運動學的理論研究己經達到了較高的水平，為凸輪機構設計奠定了堅實的理論基礎。當今，凸輪機構設計己廣泛采用解析法并借助于計算

12、機來完成，數控機床用于凸輪加工也有很長的歷史。我國發表的凸輪機構CAD/CAM方面的文獻較多。但這些凸輪的CAD/CAM系統核心技術僅被某些企業所有，并未在市場上以商品軟件的形式出現。迄今為止我國凸輪機構CAD/CAM技術仍未得到有效的推廣應用。另外，由于凸輪專用軟件開發更新的速度慢，遠遠跟不上當今計算機軟、硬件的發展速度，使得現有凸輪機構CAD/CAM軟件己大為落后，不能完全適應廣大設計人員的要求。1.1.4國外凸輪機構及其 CAD/CAM的研究現狀:自上世紀三十年代以來，人們就開始了對凸輪機構的研究，并且研究工作隨著新技術、新方法的產生和應用在不斷深化。60年代后，對凸輪的研究逐步成熟起來

13、，出現了較完整的運動規律的設計，在梯薩爾的著作中就采用了多項式運動規律。對凸輪機構的研究不斷向縱深方向發展，開始對凸輪進行有限元分析及非線性問題的研究，同時，歐美各國學者對高速凸輪的研究也有新的突破，許多學者發表了關于凸輪機構的優化設計、凸輪振動、動態響應等方面的論文。日木在凸輪機構方面的研究也有巨大貢獻。在機構設計方面，致力于尋求凸輪機構的精確解和使凸輪曲線多樣化，以適應新的要求。并加強了對凸輪機構動力學和振動方面的研究和標準化研究，發展成批生產的標準凸輪機構，在此基礎上進一步拓展凸輪機構CAD/CAM系統。美國、日木等國家的一些凸輪制造企業開發了供木企業使用的凸輪CAD/CAM系統，有的還

14、形成了商業化軟件，如日木SUNCALL公司開發的HYMOCAM系統等。1.1.5我國凸輪CAD系統存在的問題:通過調研以及查閱大量文獻資料，我國現有的凸輪CAD系統存在如下問題：(1)多數是在AutoCAD基礎上進行二次開發而成的，不具有三維建模功能；(2)沒有商品化的凸輪CAD系統出現；(3)由于凸輪專用軟件開發更新的速度慢，遠遠跟不上當今計算機硬件的發展速度，使得現有的平面凸輪機構CAD應用軟件已大為落后，不能適應實際生產需要；(4)集成化、智能化和網絡化很不完善。1.2本文研究的主要內容本文研究的主要內容是關于溝槽凸輪機構的運動仿真。首先介紹了溝槽凸輪的設計，然后在solidworks軟

15、件中實現其實體建模和裝配，最后才對裝配好的溝槽凸輪機構進行運動仿真，并對仿真結果進行了分析。 1.3本文意義對凸輪機構進行運動仿真，可以根據仿真結果以及碰撞干涉檢查，對設計的零件進行結構等方面的修改，大大簡化機構的設計開發過程，縮短開發周期，減少開發費用，同時提高產品質量。1.4本章小結首先本章對課題的研究背景進行了詳細的介紹，然后又對本文的研究內容和本文意義進行介紹2凸輪機構設計分析2.1從動件運動規律的選取運動規律設計包括對所設計的凸輪機構輸出件的運動提出的所有給定要求。例如，推程、回程運動角、遠休止角、近休止角、行程以及推程、回程的運動規律曲線形狀，都屬于運動規律設計。所謂凸輪曲線并不是

16、凸輪輪廓的形狀曲線，而是凸輪驅動從動件的運動曲線。研究凸輪曲線的目的在于用最短時間、最圓滑、無振動、耗能少的方式來驅動從動件。凸輪曲線特性優良與否直接影響凸輪機構的精度、效率和壽命。從動件的運動情況，是由凸輪輪廓曲線的形狀決定的。一定輪廓曲線形狀的凸輪，能夠使從動件產生一定規律的運動；反過來實現從動件不同的運動規律，要求凸輪具有不同現狀的輪廓曲線，即凸輪的輪廓曲線與從動件所實現的運動規律之間存在著確定的依從關系。因此，凸輪機構設計的關鍵一步，是根據工作要求和使用場合，選擇或設計從動件的運動規律。在設計凸輪機構基木尺寸和凸輪輪廓之前，必須根據凸輪機構的工作性能要求選擇從動件的運動規律方程式，選擇

17、不同的從動件運動規律將直接影響凸輪機構的基本尺寸設計、輪廓設計及凸輪機構的運動性能等。2.2從動件的基本運動規律幾種常見的基木運動規律有三角函數運動規律(簡諧運動規律、擺線運動規律及雙諧運動規律等)；簡單多項式運動規律；等速運動規律(一次項運動規律)、等加等減速運動規律(二次項運動規律)等。2.3從動件運動規律的選取原則從動件運動規律的選擇或設計，涉及到許多因素。除了需要滿足機械的具體工作要求外，還應使凸輪機構具有良好的動力特性，同時又要考慮所設計的凸輪廓線便于加工，這些因素又往往是互相制約的。因此在選擇或設計運動規律時，必須根據使用場合、工作條件等分清主次，綜合考慮。下面是一些常用運動規律的

18、適用場合：(l)等速運動規律在很多情況下能滿足凸輪機構推程的工作要求，但是在從動件行程的開始和終止位置存在剛性沖擊，是運動特性最差的曲線，所以等速運動規律很少單獨使用，且不適用于中、高速。(2)等加速等減速運動規律的速度曲線連續，在所有曲線中其最大加速度值為最小，但在從動件行程的開始、終止和由正加速度變為負加速度的中間位置，加速度的有限值突變將導致柔性沖擊，因而不能在中、高速場合使用。(3)余弦加速度運動規律消除了行程中間位置的加速度突變，且易于計算和加工，在中速時也能獲得合理的從動件的運動。但當這種運動規律用于升停回停運動時，在行程的起始和終止位置因加速度突變而仍有柔性沖擊。當這種規律用于升

19、回升型運動時，則加速度曲線連續，沒有柔性沖擊。(4)正弦加速度運動規律用于升停回停運動時，從動件在行程的起始和終止位置加速度無突變，因而無柔性沖擊，有利于機構運轉平穩。但它用于升停回停運動時，在推程與回程的連接點處，躍度從有限的正值變為負值，因而加速度曲線不連續。這種曲線要求機械加工的準確性高于其他曲線。正弦加速度運動規律廣泛用于中速凸輪機構，但不適于高速場合。2.2凸輪機構基本尺寸的設計凸輪機構的基本尺寸對凸輪機構的結構、傳力性能都有重要的影響。凸輪機構的基本參數選擇的不恰當，則可能造成壓力角過大或產生運動失真現象。凸輪機構的基本尺寸之間互相影響、互相制約，所以如何合理地設計這些基本尺寸，也

20、是凸輪機構設計中要解決的重要問題。凸輪機構基本尺寸的設計問題是在給定從動件運動規律和許用壓力角的條件下尋求一組適用的尺寸，從而使設計的凸輪機構性能佳、壽命長。溝槽凸輪機構主要設計參數有：基圓半徑和偏距，滾子半徑，擺桿長度等。為提高凸輪機構傳力效果，希望機構在推程中壓力角盡量小。一般來講，這些參數的選擇，除應保證使從動件能夠準確地實現預期的運動規律外，還應當使機構具有良好的受力狀況和緊湊的尺寸。2.2.1凸輪機構壓力角和基圓半徑凸輪壓力角是從動件運動(速度)方向與傳動軸線方向之間的夾角。壓力角是衡量凸輪機構傳力特性好壞的一個重要參數。從減小推力、避免自鎖，使機構具有良好的受力狀況來看，壓力角應越

21、小越好。同時設計凸輪機構時，除了使機構具有良好的受力狀況外，還希望機構結構緊湊。在實現相同運動規律的情況下，基圓半徑越大，凸輪的尺寸也越大。因此，要獲得輕便緊湊的凸輪機構，就應當使基圓半徑盡可能地小。而基圓半徑r及偏距e與凸輪壓力角有如下關系：tan= (21)當凸輪逆時針轉動、從動件偏于凸輪軸心左側或當凸輪順時針轉動，從動件偏于凸輪軸心右側時，壓力角的計算公式：tan=由計算公式可知壓力角和基圓半徑兩者是互相制約的，在一般情況下，為了保證設計的凸輪機構既有較好的傳力特性又具有較緊湊的尺寸，設計時兩者應同時考慮。為了保證凸輪機構順利工作，規定了壓力角的許用值，在使的前提下，選取盡可能小的基圓半

22、徑。推薦推程的許用壓力角為：移動推桿=3038；當要求凸輪尺寸盡可能小時可取=45；擺動推桿=4045；回程時，由于推桿通常受力較小而無自鎖問題，故許用壓力角可以取大一點，通常取=7080。在實際工作中，一般都是先根據具體情況預選一個凸輪的基圓半徑，待凸輪輪廓曲線設計完成后，在檢查其最大壓力角是否滿足。2.2.2凸輪機構的偏距由式(21)和式(22)可看出，凸輪的轉動方向和從動件的偏置方向不同，增大偏距。壓力角的變化就不同。若推程壓力角減小，則回程壓力角將增大，即通過增加偏距來減小推程壓力角，是以增大回程壓力角為代價的。在設計凸輪機構時，如果壓力角超過了許用值、而機械的結構空間又不允許增大基圓

23、半徑，則可通過選取從動件適當的偏置方向來獲取較小的推程壓力角。即在移動滾子從動件盤形凸輪機構的情況下，選擇從動件偏置的主要目的是為了減小機構推程時的壓力角。從動件偏置方向選擇的原則是：若凸輪逆時針回轉，則應使從動件軸線偏于凸輪軸心右側；若凸輪順時針回轉，則應使從動件軸線偏于凸輪軸心左側。2.3凸輪輪廓設計實現從動件運動規律主要依賴于凸輪輪廓曲線形狀，因而輪廓曲線設計是凸輪機構設計中的重要環節。凸輪機構設計的主要任務便是凸輪輪廓曲線的設計。傳統的凸輪輪廓設計方法通常采用作圖法或解析計算的方法描點。作圖法雖簡便易行，但其效率低，繪出的凸輪輪廓不夠準確。所謂用解析法設計輪廓線，就是根據人們所要求的從

24、動件的運動規律和已知的機構參數，求出凸輪廓線的方程式，并精確地計算一出輪廓線上各點的坐標值。解析法繪出的凸輪輪廓誤差相對較小，但計算量大。目前精確設計凸輪輪廓的方法有包絡法、速度瞬心法、等距曲面法等等。包絡法利用凸輪和從動件的幾何關系導出接觸點的軌跡方程；速度瞬心法利用凸輪和從動件瞬時速度中心確定凸輪和從動件在某一瞬時接觸點的位置。在滾子從動件盤形凸輪機構中，凸輪的實際廓線是以理論廓線上各點為圓心、作一系列滾子圓，然后作該圓族的包絡線得到的。因此，實際廓線與理論廓線在法線方向處處等距，該距離均等于滾子半徑。下面介紹的是滾子擺動從動件凸輪輪廓曲線參數方程的建立：圖21 擺動滾子從動件盤形凸輪機構

25、圖21所示為一擺動滾子從動件盤形凸輪機構。已知凸輪機構轉動軸心O與擺桿擺動軸心A間的中心距為a，擺桿長度為l，選取直角坐標系XOY如圖21所示。當從動件處于起始位置時，滾子中心處于B點，擺桿與連心線OA之間的夾角為；當凸輪轉過角后，從動件擺過角。由反轉法原理作圖可以看出，此時滾子中心將處于B點。由圖可知，B點的坐標（x，y）分別為：x=asinlsin（+）y=acoslcos（+） (2.4)從動件凸輪機構中，凸輪的實際輪廓線是以理論輪廓線上各點為圓心作一系列滾子圓，然后作該圓族的包絡線得到的。因此，實際輪廓線與理論輪廓線在法線方向上處處等距，該距離均等于滾子半徑。所以如果已知理論輪廓線上任

26、意一點B的坐標（x，y）時，只要沿理論輪廓線在該點的法線方向取距離為r，即可得到實際輪廓線上相應點B的坐標值（x，y）。理論輪廓線上B點處的法線的斜率為tan= (2.5)實際輪廓線上對應點B的坐標可由下式求出：x=xrcosy=yrsin (2.6)其中，cos，sin可由公式（2.5）求的：cos=sin= (2.7)將式（2.7）代入式（2.6）得到：x=xry=yr (2.8)式（2.8）即為凸輪實際輪廓曲線方程。式中“+”號用于外包絡線，“-”號用于內包絡線。2.4機構簡介本文要求機構輸出端能實現升停回停的往復運動，并要求行程的起始和終止位置加速度無突變，加速度曲線連續，無柔性沖擊，

27、運轉平穩。為了達到這個要求，本文采用的方案為凸輪機構。根據機構運動的要求和凸輪機構從動件運動規律的選取原則，本文選取的凸輪機構從動件的運動規律為正弦加速度規律。但正弦加速度運動規律用于升停回停運動時，在推程與回程的連接點處，躍度從有限的正值變為負值，因而加速度曲線不連續。為此本為選取的凸輪機構從動件的運動規律為修正正弦加速度規律。在設計具體的凸輪機構時，本文考慮了兩種方案：第一種是滑塊直接與凸輪連接的空間凸輪機構，第二種是凸輪與滑塊并排的平面溝槽凸輪機構。考慮到安裝尺寸和裝配要求，本文選取第二種方案。在第二種方案中滑塊和凸輪機構是并排的，不易連接，因此在兩者間加了個連桿。具體的原理示意圖如圖2

28、2所示：圖22 擺動滾子從動件平面槽凸輪連桿組合機構原理示意圖這個機構由兩部分組成：溝槽凸輪和連桿滑塊機構。其中主動件為由電動機驅動的溝槽凸輪，從動件為由溝槽凸輪機構驅動連桿滑塊機構中的擺桿，運動輸出端為滑塊。其中OB=245mm、OD=550mm、AB=220mm、BC=380mm、CD=135mm。由原理示意圖可作出擺動滾子從動件平面槽凸輪連桿組合機構（以后簡稱為溝槽凸輪機構）的機構簡圖。機構簡圖如圖23所示：圖23 溝槽凸輪機構機構簡圖2.5本章小結(1)分析了從動件基本運動規律和組合運動規律，歸納了運動規律選取的原則。(2)介紹了常用凸輪機構壓力角、基圓半徑、偏距和滾子半徑等基本尺寸的

29、設計要求。(3)對凸輪輪廓曲線設計進行簡單的分析，列出了凸輪輪廓曲線方程。3.溝槽凸輪機構的實體建模與裝配3.1Solidworks軟件簡介SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發的三維CAD系統，由于技術創新符合CAD技術的發展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產業中獲利最高的公司。Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks有功能強大、易學易用和技術創新三大特點，這使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。Solid

30、Works 不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設計過程比較簡便而方便的軟件之一。在強大的設計功能和易學易用的操作（包括Windows風格的拖/放、點/擊、剪切/粘貼）協同下，使用SolidWorks ，整個產品設計是可百分之百可編輯的，零件設計、裝配設計和工程圖之間的是全相關的。3.2利用SolidWorks對溝槽凸輪機構進行建模：具體繪制步驟：啟動solidworks2012選擇菜單命令 文件|新建，創建一個新的3D零件。選擇“上視基準面”作為草圖的繪制平面。單擊“草圖繪制”按鈕進入草

31、圖繪制狀態。溝槽凸輪的建模：以上視圖基準面作為繪圖基準面，畫一個直徑為160的圓。（2）用拉伸命令，拉伸高度為15。（3） 繪制凸輪：用拉伸切除命令，給定深度10（4）完成溝槽凸輪的建模。擺桿的建模（1）以上視圖基準面為基準面，繪制如圖所示圖形。（2）用拉伸命令，拉伸高度15，完成擺桿的建模。連桿的建模以上視圖基準面為基準面 ，繪制如圖所示圖形。用拉伸命令，拉伸高度15，完成連桿的建模。滑塊的建模(1) 以上視圖基準面為基準面, 繪制如圖所示圖形。（2）用拉伸命令, 拉伸高分別為15 （3）用拉伸命令, 拉伸高分別為30 ，完成滑塊的建模機架的建模（1）以上視圖基準面為基準面, 繪制如圖所示圖

32、形。（2）使用拉伸命令（3）完成機架的建模3.3 溝槽凸輪機構的裝配過程(1)新建裝配體。（1） 插入機架（2） 再插入溝槽凸輪（3） 用配合命令，把凸輪安裝在機架上（4） 按照之前的方法繼續將其余零件插入和配合上去（6）繼續將其余零件插入和配合上去，完成整個裝配體的裝配。3.4本章小結本章首先就solidworks軟件進行了簡單的介紹，然后又對溝槽凸輪機構進行了簡單的分析，最后進行機構部零件的實體建模和裝配。4.溝槽凸輪機構的運動仿真4.1solidworks 運動仿真簡介：Solidworks 運動仿真簡介在 SolidWorks 中，通過運動算例功能能夠快速簡潔的完成機構的運動仿真以及動

33、畫設計。其中，運動算例功能可以模擬圖形的運動和裝配體中各部件的直觀屬性，并可以實現模擬裝配體運動、COSMOSMotion 以及物理模擬，進而生成視頻文件。使裝配體運動的方式是添加馬達，從而驅動并控制裝配體運動，或者可以決定裝配體在不同時間的外觀。通過設定鍵碼點，可以確定裝配體的運動軌跡順序（即從一個位置跳動到另一位置所需的順序）。運動仿真的物理模擬用于裝配體上的某些物理特性效果中，其中包括馬達的模擬實現，阻尼系數的參數設定，彈簧的參數和效果設定以及引力在產品上的效應。COSMOSMotion 用于模擬分析，并輸出模擬單元（力、阻尼、彈簧、摩擦等）在裝配上的效應，它包含了所有物理模擬中可用的工

34、具，是更高一級的模擬。在設計仿真動畫的進程中，基本運用的是主程序中的裝配體運動和物理模擬模塊。Solidworks 仿真動畫的正常運行全部取決于裝配體的配合，因此裝配體的操作是 Solidworks 非常主要的部分。同時 SolidwWorks 可以與其它三維設計軟件完美轉換，能夠對產品進行更深層次的分析4.2溝槽凸輪機構的運動仿真本文選用的是馬達動畫仿真，馬達是指在軟件中仿真多種馬達的功能并且能使裝配體實現運動的仿真功能，由于這不是一種力，所以其強度不會隨零部件的大小或質量而改變下面簡述溝槽凸輪機構裝配體的動畫仿真過程：（1） 打開文件“凸輪機構裝配體”（2） 使用運動算例模塊，點擊soli

35、dworks 左下角的 “運動算例1” 展開運動算例界面如圖所示:(1) 添加馬達。在運動算例工具欄中單擊馬達按鈕 ，系統彈出如圖所示“馬達”對話框，選擇旋轉馬達。（3） 編輯馬達屬性： 調整馬達方向如圖所示，選擇“等速”，調整轉速為30 RPM，其他選項按照系統初值設置。（4） 在馬達對話框中單擊 按鈕，完成馬達的添加（5） 仿真之前需要對裝配體各個運動部件進行鍵碼，在運動算例工具欄中單擊自動鍵碼 ，如圖所示（6） 保存動畫。在運動算例界面的工具欄中單擊播放 按鈕，可以觀察動畫，在軟件工具欄中單擊 按鈕，命名為 “裝配體”，保存動畫（7） 經過檢驗沒有“干涉現象”，設計完全符合要求5.溝槽凸

36、輪的數字化加工5.1數字化加工方案制定的原則5.1.1工序集中原則根據零件加工表面形狀與所用數控機床的功能，應盡可能集中多種加工內容（特別是加工中心機床）在一次裝夾中完成，以減少工序。對于大型零件更應盡可能在一次裝夾中完成全部或主要表面的加工，以減少工序間的周轉。（2）要注意數控加工工序與常規機械加工工序的配合，可以這樣認為，凡是用普通機床等傳統方法加工的零件，都可用數控機床加工。5.1.2毛坯的確定在機械加工中毛坯的種類有很多，如鍛件、鑄件、型材、擠壓件、沖壓件及焊接組合件等，同一種毛坯又可能有不同的制造方法。最常用的毛坯是鑄件和鍛件，而本文所研究的對象某溝槽凸輪在工作中要承受重載荷、沖擊載

37、荷或交變載荷，應選用鍛件作為毛坯，因為鍛件的強度與沖擊韌度高，該鍛件的材料選用合金鋼。鍛造方法有自由鍛、模鍛與胎膜鍛和精密鍛造等幾種。其中，自由鍛生產效率低、鍛造精度低、表面質量差、加工余量大，但成本較低，適用于單件小批量生產及大型鍛件生產；模鍛生產效率高、鍛造精度高、表面質量好、加工余量小，可鍛造較復雜的鍛件，但成本較高，適用于成批大量生產中小型鍛件；胎膜鍛介于自由鍛與模鍛之間，適用于中小批生產小型鍛件。5.1.3毛坯制造形式的確定為了減少加工成本、提高工作效率、提高毛坯質量，可能導致增加毛坯的制造成本。因此我們需要注意材料的毛坯的尺寸形狀、加工工藝和零件的精度要求等來選擇合適的材料。綜合以

38、上幾種因素來考慮我們生產的零件應該是采用鑄造的方式生產鑄造毛坯。確定該工件的材料為 HT200，該材料可獲得更優良的綜合力學性能，具有良好的加工切削性能。5.1.4工藝路線擬定及工序內容的簡述（1）毛坯將選好的毛坯放入數控機床上（2）輸入輸入定好的程序（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數字化加工工藝路線的確定定位到達銑削位置按程序粗銑換刀按程序精銑換刀程序完成5.1.6機床的選擇選擇合適的機床設備是非常必要的，它不僅影響到零件的加工質量，而且還影響到零件的加工效率和經濟成本。機床的選擇應考慮工廠的目前生產條件。如果零件的加工尺寸過大，精度要求比較高，沒

39、有合適的機床設備可提供時，就需要改裝機床設備或設計專用的機床。在大批生產中，應該根據工序加工要求設計制造專用機床設備和組合機床，或者也可選用通用機床設備。所選用的通用設備應提出機床型號，該溝槽凸輪零件選用的通用設備的型號分別為“XK5032A” “Z5140” “CK6140A”。5.1.7夾具的選擇在單件小批量生產中，應選用通用夾具和組合夾具，在大批量生產中，應根據工序加工要求設計制造專用工裝。5.1.8刀具的選擇根據溝槽凸輪零件的結構特點，銑削溝槽凸輪的內、外輪廓時，依據槽寬選擇6mm 的銑刀，粗加工選用 6mm 高速鋼立銑刀，精加工選用 6mm 硬質合金立銑刀。5.1.9溝槽凸輪的技術要

40、求該溝槽凸輪的溝槽側面與中心孔的垂直度公差為0.04 。該零件各個加工表面的粗糙度均大于1.6 。 溝槽凸輪的內外輪廓主要是由直線和圓弧組成，凸輪側面和內孔表面粗糙度要求較高，Ra為1.6.其余為3.26.溝槽凸輪的數字化加工仿真6.1Solidworks 數控加工模塊 Solidcam 簡介Solidcam 是一套 SolidWorks 的先進計算機輔助制造工具。Solidcam 可提供2.5軸銑削，3軸銑削，32多邊加工，5軸聯動加工，車削驅動工具，2/4軸電火花加工（2/4）軸電火花加工（2/4軸線削）。Solidcam 系統優點包括以下幾點：(1)速切削支援任何 CNC 控制器。(2)

41、曲面或實體不需轉換就可直接做2D 或3D。(3)當實現加工模擬后，可快速存檔計算產生 NC 代碼(4)可提供2D/3D 刀具路徑模擬，CAD 圖形模擬，素材模擬，實體模擬等等(5)支持順時針/逆時針圓弧切削(6)彈性的 NURBS 曲面，可與實體作幾何運算，無相連的曲面可自動重建成同一曲面。Solidcam 的2D 銑床分為袋狀加工、輪廓加工、開槽加工、智能識別 SolidWorks 孔特征。智能識別 SolidWorks 孔特征具有以下兩點：(1)支持重復鉆孔(2)可智能自動排列最佳鉆孔工序其中 Solidcam 的3D 銑床分為粗加工、中粗加工、切削模擬。粗加工的特點：可以在指定的深度內實

42、現等高切削(1)提供順時針/逆時針圓滑化的切削，在指定的容許誤差范圍內可以將刀具路徑圓滑化(2)可以自動計算進刀深度之間未切削的平面或邊線，同時以輪廓方式來切削平面或邊線精加工主要分為以下幾種:螺旋切削、曲面切削、等高切削、直線切削等等。其顯著特點在于它能夠與 SolidWorks 的無縫集成，可在單一窗口內操作，而且與SolidWorks 的設計流程互相關聯。事實上，這個軟件在工業產品制造、汽車、航空工業、電子、模版工作均被廣泛使用。6.2數控加工仿真的過程溝槽凸輪零件的加工環境設置菜單“SolidCAM”“新增” “銑床”，設定加工文件目錄。首先新建加工文件，如圖（2）銑床工件設定1.選擇

43、 CNC 控制器的類型，選定 FANUC2.點擊加工原點，如圖3.然后點擊選取曲面，如圖所示加工原點參數設定選擇毛坯定義方式用“3D 立體”，點擊“設定”。工件刀具參數的設置界面。刀具選擇端銑刀，直徑為 6mm 刀具編號為 1，如圖6.2.1數字化加工過程設計因為溝槽凸輪制造方式是鑄造，所以加工方式選擇 3D 立體加工6.2.2粗銑溝槽凸輪加工仿真（1） 通過選擇圖形的上表面來定義加工圖形（2） 選擇刀具 1，端銑刀直徑為 6mm；設定刀具參數；再選取刀具切削進給設定 98mm/min，轉速 200rpm，設定刀具進給相關參數（3） 銑削高度的設定可以通過零件圖形選擇加工頂面和加工底面來確定加

44、工次數為 1 次，設定加工參數（5）“存檔并計算”和“ 模擬”。以上是粗銑凸輪的過程，半精銑、精銑的加工操作過程一樣，重復以上操作過程。6.2.3鉆孔加工仿真鉆直徑為 20mm 的孔加工仿真過程（1） 加工過程設定為 3D 鉆孔加工（2） 選擇刀具 2，鉆頭直徑為 19.6mm。選取鉆孔圖形設定鉆頭參數 （3） 通過選擇加工頂面，再選擇加工頂面來確定銑削高度（4） 加工次數設定（5） “存檔并計算”和“ 模擬”。6.2.4溝槽仿真加工的數控程序生成數控程序的生成：P100N0 T05.05N10 G54 N20 S1200 M03 ；主軸順時針轉，轉速為1200N30 G00 X6 Y32 Z5 M08 ；冷卻液開N40 G01 Z-5 F60 ；直線插補每分進給為60N50 G25 N140.190 ；主軸速度波動檢查關閉，換刀N60 G01 Z-7.95 N70 G25 N140.190N80 G00 Z50N90 T06.06 ；換刀準備精銑加工N100 G55 ；第二工件坐標系設定N110 S1500 M03N120 G00 X8.35 Y47.27 Z5 ；刀移動到A點N130 G01 Z-8 F80N140 G02 X17.90 Y3.25 R21