王曉亮，尹明富

（天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械電子學(xué)院，天津， 300160）

弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)，是一種性能良好的空間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，但是其工作廓面較復(fù)雜，在加工該零件過(guò)程中，很難預(yù)料加工過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。如果在完成理論設(shè)計(jì)后，在進(jìn)行實(shí)際加工以前，采用VERICUT7.0軟件進(jìn)行模擬仿真加工弧面分度凸輪，優(yōu)化數(shù)控程序，則便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，將實(shí)際加工過(guò)程中帶來(lái)的損耗降到最低。

1 廓面方程

弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的工作廓面，是空間不可展曲面，很難用常規(guī)的繪圖方法進(jìn)行繪制，也不能用展開(kāi)成平面廓線的辦法設(shè)計(jì)，一般應(yīng)按照空間包絡(luò)曲面的共軛原理進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算[1]。在分析空間嚙合原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)坐標(biāo)變換法建立的弧面分度凸輪工作廓面方程如下：

圖1 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系

其中，

o0x0y0z0——與機(jī)架相連的定坐標(biāo)系；

o0'x0'%y0'%z0'——與機(jī)架相連的輔助定坐標(biāo)系；

o1x1y1z1——與凸輪相連的動(dòng)坐標(biāo)系；

o2x2y2z2——與轉(zhuǎn)盤(pán)相連的動(dòng)坐標(biāo)系。

2 三維實(shí)體建模

在Pro/E4.0界面下，利用建立一簇基準(zhǔn)曲線，按照曲線生成曲面，曲面生成實(shí)體的過(guò)程對(duì)弧面分度凸輪進(jìn)行三維實(shí)體建模[2]。

將建好的模型以保存副本的形式保存成cam.stl文件（如圖2）

圖2 弧面分度凸輪模型

在Pro/E4.0界面下建立凸輪夾具，保存為Fixture.stl文件（如圖3）。

圖3 創(chuàng)建的夾具模型

3 加工仿真

打開(kāi)VERICUT7.0，新建一公制文件，選定hei530.stl為控制文件，接著在該界面項(xiàng)目樹(shù)下構(gòu)建機(jī)床結(jié)構(gòu)樹(shù)。

3.1 配置機(jī)床模型

配置機(jī)床底座，添加X(jué)線性軸、Y線性軸、Z線性軸，接著添加主軸Spindle，其位置坐標(biāo)設(shè)置按X、Y、Z線性軸設(shè)定的位置坐標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，接著在主軸目錄下添加刀具。X線性軸坐標(biāo)設(shè)為（-250.0.0）、Y 線性軸坐標(biāo)設(shè)置為（0.-150.0），Z線性軸的坐標(biāo)設(shè)置為（0.0.-542）相應(yīng)的Spindle坐標(biāo)設(shè)置為（250.150.542），將相應(yīng)的模型文件導(dǎo)入到對(duì)應(yīng)的目錄下。

在base目錄下添加B、C旋轉(zhuǎn)軸，導(dǎo)入相應(yīng)的模型文件，將配置好的機(jī)床文件保存。在機(jī)床設(shè)定目錄下，添加3個(gè)干涉檢測(cè)表，分別是Z線性軸和B旋轉(zhuǎn)軸、Tool和B旋轉(zhuǎn)軸以及Tool和Fixture，設(shè)定機(jī)床的初始位置，設(shè)定完成的機(jī)床模型如圖4所示。

圖4 配置的五軸機(jī)床

在字/地址選項(xiàng)里面，找到M128指令，添加RtcpContour和RpcpContour，賦值為1，在DEF200指令下，添加變量CGT_CYCLDEF12_STATE和 CGT_POCKET_MODE，添加宏Cycle Rapid Type，賦值為1，完成機(jī)床的控制配置。

3.2 加工過(guò)程

在Vericut7.0界面項(xiàng)目樹(shù)下，添加數(shù)控程序和刀具文件，將附屬選項(xiàng)剪切粘帖在C旋轉(zhuǎn)軸項(xiàng)目下，將文件Fixture.stl文件，添加毛坯文件，將創(chuàng)建的cam.stl文件導(dǎo)入到工裝文件目錄下，完成弧面分度凸輪數(shù)控仿真（圖5），點(diǎn)擊播放，即可觀看該加工過(guò)程。

圖5 數(shù)控加工仿真過(guò)程

4 結(jié)束語(yǔ)

弧面分度凸輪基于VERICUT進(jìn)行數(shù)控加工仿真，可以驗(yàn)證和檢測(cè)在NC程序中存在的各種碰撞、過(guò)切、欠切以及切削參數(shù)不合理等問(wèn)題，及時(shí)讓設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)并解決，該過(guò)程可以加速弧面分度凸輪的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，縮短設(shè)計(jì)周期和降低設(shè)計(jì)成本。

[1]尹明富，褚金奎，呂傳毅.鼓形滾子弧面分度凸輪廓面設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2002(2)：50-52.

[2]胡文祥．基于Pro/ENGINEER平臺(tái)的弧面分度凸輪造型[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2006，（7）：36-40.

[3]鄒慧君，殷鴻梁．間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[4]石永剛，吳央芳．凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[5]鐘日銘，等．Pro/ENGINEERWildfile 4.0從入門(mén)到精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.