基于Pro_E的圆柱凸轮轮廓曲线的参数化设计

表 2 凸轮机构从动件常用运动规律方程 凸轮转角 f 0～120° f1=120 120～150° f2=30 150～300° f3=150 300～360° f4=60 从动件运动规律 从动件位移 简谐上升 至 80mm 0 静止 0～30 等加速等减速 下降至基圆 30 静止 30～0 收稿日期:2011-04-30;修订日期:2011-07-26 作者简介:李海萍（1956-），女，福建永定人，副教授/高工，现任南京工业职业技术学院机械工程学院副院长，从事教学管理和 教学工作。 0 引言 随着 CAD技术的发展与应用，各种三维设计软 件中所具有的强大造型功能、丰富的函数关系库及 参数设计、程序设计等功能使得凸轮机构的设计变 得快速和精确，且能实现系列化、参数化设计、对凸 轮机构的改型设计、参照设计带来了极大的方便。 以 Pro/E软件的应用为例，结合生产中的实际 案例，直接按照给定的凸轮机构从动件的运动规律 位移曲线设计圆柱凸轮机构[1]。 1 凸轮轮廓曲线设计过程 设凸轮机构从动件运动行程 h=30mm，凸轮的 基圆半径 Rb=60mm，滚子半径 ro=10mm，从动件的运 动规律为 f1=120°，f2=30°，f3=150°，f4=60°，从动件在推 程以简谐运动规律上升，回程以等加速等减速运动 规律返回。 表 2中主要列出了推程和回程段的从动件位移 方程，远休止与近休止阶段因在位移线图中是一直 线，可直接在草图中绘出，故无需列出，但如进行参 数化设计，则休止段的线条仍需按方程绘出。 需要注意的是，等加速等减速运动规律的推程 和回程是由两段不同的抛物线构成，需要分段确定 方程[2]。 1.1 建立凸轮轮廓曲线参数方程 凸轮轮廓曲线在 Pro/E中可通过参数方程由系 统自动绘出，方程式有直角坐标式和圆柱坐标（极坐 标）式，以下选择直角坐标系完成方程式创建，系统 变量：0≤t≤1。 凸轮曲线由四段组成： （1）0～120°推程阶段，从动件简谐上升，运动方 程 为 f =f1 ×t，x = f1×× ×t ×pi ×d/360，y =h/2 -h ×cos 180/f1× ××f1×× ×t /2，z=0。 （2）120～150°远休止阶段，从动件静止，运动方 程为 f=f1+f2×t，x= f1+f2×× ×t ×pi×d/360，y=h，z=0。 第 30卷第 11期 2011年11期 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol.30,No.11 November,2011 基于 Pro/E的圆柱凸轮轮廓曲线的参数化设计 李海萍 （南京工业职业技术学院 机械工程学院，南京 210046） 摘 要:阐述了运用 Pro/E软件设计凸轮轮廓曲线的参数化设计方法，将常用的运动规律分析方法与三维软件的参 数化造型设计相结合，为一般圆柱凸轮的参数化设计提供了一个可靠的设计方法，对凸轮机构的改型设计及参照 设计提出了可供借签的案例。 关键词:圆柱凸轮；参数化；方程；Pro/E 中图分类号:TH122 文献标识码:A 文章编号:1008-8725（2011）11-0021-03 Parametric Design of Disk Cam's Contour Line Based on Pro/E LI Hai-ping （Nanjing Institute of Industry Technology, Nanjing 210046, China） Abstract:The parametric design of cylindrical cam is discussed by the cam profile surface based on Pro/E, which integrate the usual in with the parametric design in 3 -diemtnion software. Using the design method, it also provides a feasible method to the design of cylindrical cam to be refered. Key words:cylindrical cam; parametric design; equation; Pro/E 表 1 凸轮运动规律 从动件运动规律 等加速等减速 运动规律 余弦加速度运动规律 等加速上升（0°≤ f≤f1/2） s= 2h f 2 1 f 2 等减速上升 （f1/2≤f≤f1） s=h- 2h f 2 1 f1-× ×f 2 s= h2 1-cos π f1× ×ff f 等加速下降（0°≤ f≤f3/2） s=h- 2h f 2 3 f 2 等减速下降 （f3/2≤f≤f3） s= 2h f 2 3 f3-× ×f 2 s= h2 1+cos π f3× ×ff f 从动件位移运动方程 推程 0°≤f≤f1 回程 0°≤f≤f3 图 4 高度变小后 图 5 高度变大 图 6 改变各个参数 的凸轮曲线 后的凸轮曲线 后的凸轮曲线 图 1 从动件位移线图 图 2 包络曲线 图 3 圆柱凸轮曲线 （3）150～300°等加速等减速下降，运动方程为 ①150～225°为等加速阶段 f =f 1 +f 2 +t × f3 /× ×2 ，x =f ×pi ×d/360，y =h -2 ×h × f-f1 -f2× ×^2/f3^2，z=0。 ②225～300°为等减速阶段 f=f 1 +f 2 +f 3 /2+t× f3 /× ×2 ，x=f×pi×d/360，y=2×h× f1+f2+f3-× ×f ^2/f3^2，z=0。 （4）300～360°近休止阶段，从动件静止，运动方 程为 f=f1+f2+f3 +t×f4，x=f×pi×d/360，y=0，z=0。 上式的 pi×d/360 表示曲线 x 方向的长度与 360°圆周角之间的关系。 1.2 设定参数及建立关联关系 启动 Pro/E，在【工具】中→程序，在【菜单管理 器】中→编辑设计，在记事本中的 INPUT与 END IN－ PUT之间输入各参数如下： INPUT H NUMBER "Enter h:" RB NUMBER "Enter rb:" RO NUMBER "Enter ro:" F1 NUMBER "Enter f1:" F2 NUMBER "Enter f2:" F3 NUMBER "Enter f3:" F4 NUMBER "Enter f4:" END INPUT RELATIONS D=（RB-RO）*2 END RELATIONS 保存文件后，按系统提示输入上述各具体参数。 2 凸轮轮廓造型分析 2.1 造型过程 （1）→【草绘工具】→基准面 TOP上绘制一个圆， 并拉伸成一圆柱体。 （2）选择圆柱体按右键→编辑，在【工具】中→关 系项，定义圆柱的直径尺寸和高度尺寸参数，定义直 径和高度的参数符号的目的是建立关联关系。 （3）定义位移曲线的起点坐标 →基准坐标系工具，出现坐标系对话框→原坐 标系图标后，对话框中灰色选项加亮，在 x栏中输入- pi×d/2，表示曲线的起点在相对圆柱体对称中心的最 左边，y栏中输入 h1/2，表示曲线位于圆柱体高度的 1/2处。 （4）绘制从动件的位移线图。 选择插入基准曲线，在【菜单管理器】中→从方 程，完成后，系统提示定义坐标系→笛卡尔坐标，系 统弹出记事本，输入前述第一段曲线方程 f=f1×t，x= f1×× ×t ×pi×d/360，y=h/2-h×cos 180/f1× ××f1×× ×t / 2，z=0。 保存后退出，系统自动绘出第一段曲线，重复以 上步骤，画出全部四段位移曲线，如图 1。 （5）曲线包络 将前面绘制的曲线转成草绘曲线后，在【编辑】 中→包络工具，曲线沿圆柱面完整包络，完成后如图 2。 （6）切槽 选择【可变剖面扫描工具】，→左下角编辑栏扫 描实体项，参照控制中→剖面垂直投影→投影基准面 TOP→移出材料→创建或编辑扫描剖面，确定槽尺 寸，完成后的凸轮如图 3所示。 由于采用了参数设计，如改变参数组中任何参 数，均可得到不同的凸轮轮廓曲线。如改变圆柱体高 度尺寸后，得到圆柱凸轮与如图 4，图 5所示。 选【再生模型】，改变多个参数，即可获得不同形 状的轮廓曲线。如：f1=135°，f4=120°，ro=15mm时，得 到圆柱凸轮如图 6所示。 同理，改变推程和回程的运动规律，重复上述各 步骤，亦可得到相应的轮廓曲线[3]。 煤 炭 技 术 第 30卷·22· 收稿日期:2010-04-28;修订日期:2011-07-29 基金项目:山西省科技攻关项目（20100321056-02） 作者简介:曹鹏（1987-）男，河南信阳人，中北大学在读研究生，研究方向：机械、超声检测及工程。 0 引言 现今多数机床所加工的零件都是在加工后手工 检测，采用自动检测技术的很少，这种情况造成了很 多的废品。如果设计一种自动超声检测装置，使其能 向机床刀具一样方便的安装在车床刀架或铣床主轴 孔中进行工件加工过程中的实时检测，同时结合 Pro/Engineer进行参数化的产品设计，将装置组件标 准化，那么将大大提升被检工件的质量，降低废品 率。通过对产品进行模块化设计，按照规划和设计规 定的变化，利用子系统、模块的变换、变型等手段对 产品或系统进行重新组态，将能在保持规模经济的 同时向市场提供多样性的产品[1]。 1 一种典型数控机床超声检测装置 该装置是一种利用数控机床作为检测平台的超 声波自动检测装置，用于对工件在线或实时超声检 测，它能够与不同类型、不同型号数控机床组成数控 机床超声检测系统。主要是实现探头的扫描运动、完 成对工件的检测过程、实现超声波探头的固定安装、 探头的转向运动等功能。其中超声波探头完成脉冲 的发射、接收，驱动探头附加扫描运动的部件实现检 测过程中超声波束传播方向始终与被检测工件的表 面法线方向重合的运动，与机床的运动合成为检测 扫描运动。另外，标准化的安装刀柄结构使超声波探 测装置安装在数控机床的刀架上，实现了探测装置 的系列化、刀具化。数控机床超声检测系统可以应用 在各类零件的自动检测中，它对某一类零件进行在 线检测，减少了开发专用无损检测设备的投资，减少 了多次装夹的时间成本，能尽早的发现缺陷，在减少 无谓的加工成本和降低废品率等方面有着重要意义[2]。 2 基于 Pro/E的参数化模型系统 第 30卷第 11期 2011年11期 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol.30,No.11 November,2011 典型数控机床超声检测装置开发及模块化设计 曹 鹏，常莹松，谭 超，张吉堂 （中北大学 机械工程与自动化学院，太原 030051） 摘 要:介绍了一种在典型机床上应用的超声检测装置，分析了利用 Pro/E对其进行参数化设计的过程，实现了零 件库的管理和调用，结合参数化、产品族设计思想，进行装置的模块划分设计。 关键词:模块划分；Pro/Engineer；族表；参数化设计 中图分类号:TG51 文献标识码:A 文章编号:1008-8725（2011）11-0023-03 Ultrasonic Testing of a Typical CNC Machine Tools and Modular Design of Device Development CAO Peng, CHANG Ying-song, TAN Chao, ZHANG Ji-tang （College of Mechanical Engineering and Automation, North University of China, Taiyuan 030051, China） Abstract:This article describes a ultrasonic testing equipment of typical machine tools, then analyzed its parametric design process with the use of Pro/E, and realized the library's management and call. Finally, we divided the module under the guiding ideology of the parametric and product family. Key words:module partition; Pro/Engineer; family table; parameterized design 3 结束语 利用 Pro/E软件强大的三维造型功能及函数关 系库，将参数关系与常用运动规律方程有机结合，实 现了圆柱凸轮的参数化设计。凸轮造型设计完成 后，还可利用软件本身所具有的仿真及分析功能， 对凸轮机构的工作状态进行仿真模拟，以验证设计 的结果是否达到预期目标，如发现问题，提前进行修 正和改进，缩短设计周期，降低产品成本，提高生产 效率。 参考文献： [1] 张继春，王剑峰.圆柱凸轮机构的参数化造型和运动仿真[J].科学 技术与工程,2006,6(9):1213-1214. [2] 邓子林.基于 Pro/ENGINEER的凸轮造型与仿真设计[J].中国科 技信息,2007(7)：71-73. [3] 李建平.基于 Pro/E Wildfire2.0的盘形凸轮参数化设计[J].机械 设计与制造，2009(1)：164-166. （责任编辑 王秀丽） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!