弧面分度凸轮的理论分析和cad设计

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1、北京工业大学_T学硕十学位论文在弧面分度凸轮的几何学与运动学方面，英国的c．J．Backhousefl】首次采用微分几何与包络原理等方法对弧面分度凸轮的几何学进行了深入研究；台湾中山大学的蔡得明博士【“】提出了在弧面分度凸轮的设计过程中，考虑凸轮与滚子问的间隙、凸轮机构的预加载荷等因素对从动件输出运动的影响，以改善弧面分度凸轮机构的分度与定位精度，首次对B样条和有理B样条曲线在弧面分度凸轮机构中的应用进行了深入的研究，并且对从动件采用非对称运动规律曲线的弧面分度凸轮进行了探讨；台湾成功大学的颜鸿森教授[7-s]基于微分几何

2、、空间机构的啮合理论及齐次坐标变换，推导了与圆柱滚子、圆锥滚子及双曲线滚子啮合传动的弧面凸轮的通用曲面方程。在弧面分度凸轮的加工制造【lo】方面，目前已提出的加工方法，广义上可以分为两种，即等价加工和非等价加工。等价加工也即我们通常说的范成法，非等价加工又分为两重包络法、刀位补偿法、自由曲面法。这三种方法还限于理论研究和实验阶段。国外和台湾地区大都采用范成法在数控加工机床上加工。国外学者在弧面分度凸轮的应用方面也开展了大量的工作，如蔡德明博士对滚子齿式减速器的设计，颜鸿森教授对弧面分度凸轮机构在加工中心换刀机械手中的应用进

3、行了大量的研究，并且分别在台湾和美国申请了相关的专利。1．2．2基本结构【7116】弧面分度凸轮是用于两垂直交错轴间的间歇分度步进传动。该机构由弧面分度凸轮、从动转盘以及在从动转盘径向均布的滚予组成，下面几个图从不同侧面反映了该机构的组成。幽1．1弧面分度凸轮机构的透视幽‘_实物照片Fig．1—1DioramaandPhotoofGloboidalIndexingCamMechanism图l-2两种类型的弧面分度凸轮机构Fig．1-2TwoTypesofGloboidalIndexingCamMechanism1．2．3工

4、作原理该机构由弧面分度凸轮、从动转盘以及在从动转盘径向均布的滚子组成，其运动状态见图卜3所示17J。主动凸轮1的基体为圆弧回转体，凸轮轮廓为突脊状。从动转盘2上装有若干个沿转盘圆周均匀分布的滚子，滚子的轴线沿转盘的径向线。当凸轮旋转时，其分度轮廓推动滚子，使转盘分度转位，如图卜3a)，b)所示。当凸轮转到其停歇段轮廓时，转盘上的两个滚子跨夹在凸轮的圆环面突脊上，使转盘停止转动如图1-3c)所示。a)b)c)幽1．3弧面分度凸轮机构运动状态图a)转盘分度期开始b)转龠分鹰期中间c)转精停歇期Fig．1-3MovingPosi

5、tionofOloboldalIndexingCamMechanismFig，a)BeginningofTheIndexingFig．b)IndexingStageFig．c)RestingStage1．2．4特点及应用由于弧面分度机构具有传动速度高、分度精度和动力学性能好、承载能力大、可靠性好等优点，所以广泛应用于各种自动机械，如烟草机械、包装机械、加工中心换刀机械手等需要间歇运动的场合。而数控加工中心⋯】是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床，特别适用于／JUT复杂的零件。而自动换刀装置(Auto

6、maticChangeTools简称ATC)则是保证加工中心多工序集中加工的基本条件。通常情况下，ATC应当满足换刀时间短、刀具重复定位精度高等基本要求，因此可以说，加工中心能否达到比一般数控机床更高效和自动化，关键之一取决于ATC的设计。目前用于机械手驱动装置【12J的机构主要有液压(包括气液)和机械式凸轮联动两种l“J。传统的加工中心大多采用液压式自动换刀装置(AutomaticChangeTools简称ATC)，尤其是在国内，基本上还是采用和生产这种ATC，液压式ATC的特点是运动时有振动和噪音，动作不可靠，而且换刀

7、时间长。而国外通常采用凸轮式ATC，凸轮式ATC的特点是具有结构紧凑，运动平稳，换刀速度快等优点，因而成为目前最为理想的ATC机构。本课题所研究的弧面分度凸轮就应用于凸轮式ATC上。数控用弧面凸轮与普通弧面凸轮有很大的区别，基本廓面如下(图1．4和1．5)：图l-4数控加．I中心机械手州弧面分度凸轮Fig．1-4ProfileofGloboidalIndexingCamUsedinNCMachine图l_5普通弧面分度凸轮．Fi昏I-5ProfileofSimpleGloboidalIndexingCam．1．3弧面分度凸

8、轮的研究展望∞】与传统的间歇分度机构相比【5】，弧面分度凸轮机构在动力学性能、承载能办、分度精度等方面均有不可比拟的优越性，被誉为最理想的间歇传动机构，具有广阔的市场前景。从目前弧面凸轮机构的研究与发展分析，弧面凸轮机构未来的研究重点与方向可分为如下几个方面：(1)弧面分度凸轮机构的机构改进与创新针对与