凸轮逆向设计与仿真分析

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1、凸轮逆向设计与仿真分析　　本文根据逆向设计基本思想，针对YL31型滤棒组合机中的一种凸轮零件，应用Pro/ENGINEER软件的图形曲线特征和关系式工具，准确、快速生成凸轮实体。同时，基于机构分析模块Mechanism，对凸轮机构进行装配分析、速度分析和运动分析等，以此设计和完善构件。　　一、前言　　ZL41型复合滤棒成型机组由YL31型两元滤棒组合机和YL44型复合滤棒成型机组成，是参照德国HAUNI公司的MUL-TIFI-E设计的，其设计生产速度为400m/min，是目前国内正在试制的高速二元复合滤棒成型机组。　　YL31型两元滤棒组合机的输

2、出部分如图1所示。加速鼓轮2是一种典型的凸轮式机械手抓放机装置，其作用不仅是传送组合滤棒，更重要的是补偿靠拢鼓轮3和交接轮1槽的不同节距，实现组合滤棒的正确交接传递。其工作原理是加速鼓轮伸缩手的杠杆臂在凸轮槽内运动，由凸轮轮廓控制伸缩手将组合滤棒从靠拢鼓轮正确取出，传递至交接轮的接受点释放。加速鼓轮属于几何封闭式凸轮机构，其凸轮是一种多重凸轮轮廓，这就要求将其设计成加速段较长的非对称运动规律，以便降低载荷值，减少磨损。　　二、凸轮轮廓线的逆向设计及实体建模　　随着测量技术和3D技术的发展，以几何实体为研究对象，使用逆向工程技术对产品进行模型重建、

3、仿真、优化及新产品开发，已成为现代创新设计的一种主要方法。　　逆向设计的关键是实体零件的数据测量。数据测量是通过特定的测量设备和测量方法获取产品表面形状离散点的几何坐标数据，将产品的几何形状数字化。其测量原理是：将被测产品放置于测量系统的测量空间内，按照所选测量方法进行测量，获得被测产品上各个测量点的坐标。根据这些点的空间坐标值，经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥和曲面等，再经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其他几何量数据。高效、高精度地获取产品的数字化信息是实现逆向工程的基础和关键。本例中数据测量所需的硬件系统为：

4、　　(1)JJF10光学分度头，测量范围为0°～360°，示值精度10"，分值分划鼓轮刻线分度值5′，秒值分划鼓轮刻线分度值5"。　　(2)TrimosVECTRA600MA数显测高仪，测量范围为0～610mm，分辨率为0.001mm，重复性1μm，测力调节范围为0.5～1.8N。　　1.凸轮轮廓线的逆向设计　　对于凸轮轮廓线的反求，首先要确定测量基准和测量方案，其次要确定测量所需的硬件系统。选择凸轮的孔椎150H6和椎6H7为测量基准。在此采用两种方案：一是采用三坐标测量机(CMM)进行自动测量;二是采用光学分度头和测高仪进行人工测量。经过对两

5、种方案进行比较发现，由于三坐标测量机是以笛卡尔坐标系进行测量的，测量的数据不能真实反映凸轮转角与升程的关系;第二种方案是以极坐标进行测量，虽然人工检测工作量大，但测量的数据能够真实反映凸轮转角与升程的关系。　　所用测量系统如图2所示。为保证测量数据的准确性，以0.5°为步距角，采用YG6硬质合金刀口测头进行测量，有效减小测头的变形和磨损，提高测量精度。这里共测量720个点位的数据。使用测高仪的输出装置，将测量的数据输出为文本文件，文件名为“cam_test.txt”，以便于后面的应用。　　2.凸轮轮廓的建模　　凸轮的三维实体建模关键在于确定其轮廓

6、曲线。在使用Pro/ENGINEER进行实体造型时，依据前述测量所得的数据，应用野火版4.0软件完成凸轮的转角与升程的关系曲线，并对曲线的数据进行分析和校正。　　进入Pro/ENGINEER软件后，点击“新建”，选取零件，在名称中输入“3fda630bab00”，点击“确定”。进入后点击草绘图标，在草绘环境下，先建立坐标系，并任意画一条样条线，然后选取样条线并单击右键进入曲线修改界面。点击“文件”，菜单如图3所示，再点击箭头选中所建坐标系，最后单击“保存”，就能把样条线特征点的坐标保存到文件中，将其保存为“CAM_CURVE.pts”文件。　　使

7、用记事本程序打开CAM_CURVE.pts文件进行编辑修改，可以看到Pro/ENGINEER中样条曲线所使用的文件格式，如图4所示。　　将前述测量的数据坐标点文件粘贴到CAM_CURVE.pts文件中并保存。然后再次返回到曲线修改界面，点击“文件”并打开刚保存的CAM_CURVE.pts文件，出现“文件出现不同点数，是否继续?”提示，选取“是”。此时，凸轮轮廓曲线数据就调入Pro/ENGINEER中，生成凸轮转角与升程的关系曲线，如图5所示。　　为了将曲线变得顺滑，使曲率整体变化平稳，曲率图越规则，则表示凸轮光顺度越好。应用Pro/ENGINEE

8、R的曲率分析功能，去除点集中的坏点。在图5中选取拟合中的“平滑”，零星点设置值为11，保存后退出草绘。此时，将生成的曲线另存为文件“3f