廣工數(shù)控課設(shè)凸輪輪廓線數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)講解

1、引言隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，在凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中采用計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì)的方法已日益普遍。它不僅使設(shè)計(jì)工作量大為減少，設(shè)計(jì)速 度大為提高，而且可大大提高凸輪廓線的設(shè)計(jì)精度，從而更好的滿足設(shè)計(jì)要求。凸輪的分類(lèi)：1. 凸輪按形狀分類(lèi)可以分為：盤(pán)狀凸輪(plate cam ):具有變化半徑盤(pán)狀體，從動(dòng)在垂直于凸輪 的平面內(nèi)作移動(dòng)或擺動(dòng)。楔形移動(dòng)凸輪(wedge cam )：將盤(pán)形凸輪一個(gè)扇形部分繞在圓錐 上-錐形凸輪，即在圓錐體上開(kāi)有曲線槽，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)與圓柱凸輪 相同。柱狀凸輪(cylindrical cam ):移動(dòng)凸輪繞在圓柱體上宀圓柱凸輪。 實(shí)際上是在圓柱體上開(kāi)有曲線槽端面上做成曲面形狀，從動(dòng)件

2、與在凸 輪軸同一平面或平行平面內(nèi)移動(dòng)，擺動(dòng)。2. 按從動(dòng)件與凸輪的接觸形式分類(lèi)可以分為：尖底從動(dòng)件(a knife edge follower ):點(diǎn)接觸，易磨損，傳 力不大。2.滾子從動(dòng)件(a roller follower ):線接觸：磨損小， 傳力大平底從動(dòng)件(a flat-face follower ):平面接觸，接觸處易形成油膜，高速。3. 按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類(lèi)可以分為：往復(fù)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)(reciprocating)擺動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)(oscillating )4. 按鎖合方法分類(lèi)可以分為：力封閉(彈簧、重力)形封閉(槽形、等寬矩形、等徑、共軛)凸輪設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀傳統(tǒng)的盤(pán)形凸輪設(shè)計(jì)主要有圖解

3、法和解析法。 圖解法直觀簡(jiǎn)單, 但是手工作圖選取的等分?jǐn)?shù)有限、 精度差。以此為基礎(chǔ)的手工畫(huà)線加 工表面精度都比較低。對(duì)于從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜，精度要求高的凸輪, 手工操作難以勝任。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，用解析法使繪制從 動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜，精度要求高的凸輪成為可能，并得到日益廣泛的 應(yīng)用。本人這次嘗試在解析法的基礎(chǔ)上，借助 VB6.0編制了一個(gè)簡(jiǎn) 化的對(duì)心滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪設(shè)計(jì)軟件。3. 能夠生成數(shù)控代碼；圖2凸輪設(shè)計(jì)中涉及的有關(guān)參數(shù)可自行設(shè)定，或參考圖 2中的參數(shù)。二設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題1. 如何通過(guò)計(jì)算機(jī)生成用戶所需的凸輪圖形；2. 如何得到NC加工代碼?，F(xiàn)在就以上二個(gè)問(wèn)題展開(kāi)論述。一、如何通過(guò)

4、計(jì)算機(jī)生成用戶所需的凸輪圖形。在數(shù)控編程的學(xué)習(xí)中，我們學(xué)習(xí)過(guò)幾種非圓曲線逼近的方法：（1） 等間距直線逼近法，（2）等弦長(zhǎng)直線逼近法，（3）等誤差直線逼近法，（4）圓弧逼近法。鑒于等間距直線逼近法比較簡(jiǎn)單、易懂，而其余 三種方法非常復(fù)雜，故本人采用了等間距直線逼近法作曲線的形狀。 下面對(duì)此方法作簡(jiǎn)要介紹：零件加工精度要求憑經(jīng)驗(yàn)選取。求出結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)后再驗(yàn)算逼近誤差是否小于允許值。等間距法計(jì)算簡(jiǎn)單，但由于取定的間距應(yīng)保證曲線曲率最大處的 逼近誤差小于允許值，所以程序可能較多因?yàn)槟壳暗臄?shù)控機(jī)床的精度一般為0.1，故在本軟件中，我采用的間距為0.1 mm即X軸每隔0.1mm取一個(gè)點(diǎn)，(如圖代碼，endl

5、是 指所畫(huà)的圓弧的開(kāi)始點(diǎn)，str是終點(diǎn)，stepO.1指每0.1個(gè)單位畫(huà)一 個(gè)點(diǎn)，利用循環(huán)語(yǔ)句畫(huà)出所要求的曲線)For i=0 To (en g1-srt) Step 0.1X=iY 二h-h*(e nd1-str)-i)八2/(e nd1-str)八2ptx(low)=(radius+(Gao+Y)*Si n(Hua n+i)*PI/180)pty(low)=(radius+(Gao+Y)*Cos(Hua n+i)* PI/180)二、如何得到NC加工代碼。生成NC代碼，即要輸出*nc的文本文件。根據(jù)NC代碼的格式 編寫(xiě)文件。由于題目的凸輪加工也比較簡(jiǎn)單，所以我決定嘗試編寫(xiě) NC代碼。當(dāng)然了

6、，編寫(xiě)出來(lái)的代碼，局限性肯定比較大不能跟 MasterCAM那樣，想怎樣加工就怎樣加工。不過(guò)，無(wú)論你用哪種方法 得到NC代碼，其主體部分肯定相同的。所以，對(duì)于自行編寫(xiě)出的NC代碼，我們修改一下代碼段的開(kāi)始部分和結(jié)束部分的參數(shù)就可以了， 這是很容易的事。三凸輪曲線及輸入?yún)?shù)的確定凸輪從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律所用數(shù)學(xué)表達(dá)式的形式常用的主要有多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律和三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律兩大類(lèi)。I多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律S = Co 6 C22Cn n(1-1)式中：為凸輪的轉(zhuǎn)角；S為凸輪從動(dòng)件位移；Co、Ci、C2、為待定系數(shù)。而常用的有以下幾種多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律。(1) 一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律(速度為常數(shù))S = Co Crv 覽-C

7、idt(1-2 )dv a0dt設(shè)取邊界條件為在起點(diǎn)處一 o , S".在終點(diǎn)處=-：-0, S=h.則由式（1-2）可得C。= 0 , G二，故從動(dòng)件推程的運(yùn)動(dòng)方程為 s = h ： r o ，回程時(shí)h取負(fù)值。二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律（加速度為常數(shù)）等減速運(yùn)動(dòng)方程：s二h-2 h （、0）2/、02等加速運(yùn)動(dòng)方程：s2 h2/ :20Ml1B1B1 °fjpt等加速等滅速運(yùn)動(dòng)規(guī)律H三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律）從動(dòng)件的加速度余弦規(guī)律變化，其運(yùn)動(dòng)方程為：s 二 h 1 - cos（二 /0 ） / 23-9余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）從

8、動(dòng)件的加速度按正弦規(guī)律變化，其運(yùn)動(dòng)方程為：s 二 h （ '/、0 ） - sin（ 2 二、/、。）/ 2 二圖 3-10正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律其中：等速運(yùn)動(dòng)：極大的沖擊；等加速、等減速：沖擊較大;余弦加速度運(yùn)動(dòng)：沖擊力較小；正弦加速度運(yùn)動(dòng)：沒(méi)沖擊。由于凸輪 的曲線函數(shù)還有很多，如五項(xiàng)式、咼次方、諧波等，在此不作為設(shè)計(jì)的范圍，而對(duì)于凸輪的具體運(yùn)用場(chǎng)合如對(duì)心直推， 偏置直動(dòng)推桿盤(pán)狀凸輪機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)推桿，平底推桿等情況也不予考慮，同時(shí)也忽略了對(duì) 設(shè)計(jì)完成的凸輪的沖擊力情況的討論四設(shè)計(jì)的思路及步驟基于上述觀點(diǎn)，在輸出DXF文件方面，在此本人用第二種方法， 直接編寫(xiě)DXF文件。而題目要求此軟件要有

9、一個(gè)友好的界面，VisualBasic語(yǔ)言完全能達(dá)到這個(gè)要求。軟件實(shí)現(xiàn)的功能是接受用戶輸入， 作出平面凸輪圖形，輸出 DXF文件及NC代碼。具體的步驟是一、設(shè)計(jì)用戶界面。在Visual Basic 6.0中，界面的設(shè)計(jì)是輕而易舉的事情。在這就不加以介紹，而我這次設(shè)計(jì)的“平面凸輪計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”軟件界 面有兩類(lèi)，一是接受用戶輸入凸輪的主參數(shù)及圖形的窗口，二是導(dǎo)出NC代碼的數(shù)控參數(shù)輸入窗口。主界面如下圖：二、接受用戶輸入，生成凸輪圖形。在軟件中，我提供了凸輪設(shè)計(jì)中所用到的最基本的五條曲線方程給用戶選擇，曲線方程的重復(fù)無(wú)限次。其中的關(guān)鍵的如何把輸入的方程首尾相接，形成凸輪。而我是從凸輪的展開(kāi)圖入手的

10、。因?yàn)橐斎氲那€都有一個(gè)共同特征，x=0時(shí)，f(x)=O。所以我編程時(shí)使上一次 輸入曲線的末點(diǎn)坐標(biāo)成為下一次輸入曲線的原點(diǎn)，問(wèn)題就解決了(NumEn是指本次輸入曲線的終點(diǎn)，area是指后一條曲線的開(kāi)始點(diǎn)，即把 本次的終點(diǎn)作為后段曲線始點(diǎn))如下圖曲線段魏：4殳曲線本段終點(diǎn)后段始點(diǎn)升程泊曲線段數(shù):4 060 h=l然后把展開(kāi)圖的直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為平面圖的極坐標(biāo)系即可得到凸輪真實(shí)的圖形。為了下一步輸入 DXF文件及NC代碼，所以我定義了一個(gè)全局靜態(tài)數(shù)組把作圖時(shí)得到的點(diǎn)保存起來(lái)。三、輸入DXF圖形交換文件及NC加工代碼。就可以得到有了上面留下來(lái)的點(diǎn)的數(shù)值，只要編寫(xiě)好接口程序, DXF文件，NC代碼了。

11、至于DXF文件的格式請(qǐng)參閱“設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題”部分六、使用步驟說(shuō)明及效果圖1、輸入凸輪各基本參數(shù)基本參數(shù)輸入完畢*基圓半徑升程1段數(shù)4證設(shè)劈數(shù)2、選擇運(yùn)動(dòng)曲線類(lèi)型進(jìn)儲(chǔ)煙率下力速率 退R速率 主軸轉(zhuǎn)謹(jǐn)?shù)毒唠姴穬?無(wú)刀具補(bǔ)償 f左幸卜GU 廣右補(bǔ)G423、輸入NC加工參數(shù)坐標(biāo)選捋絕對(duì)坐標(biāo)' 相對(duì)坐標(biāo)取消4、選擇NC代碼保存路徑5、生成NC代碼七.設(shè)計(jì)小結(jié)在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我體會(huì)最深的就是，在遇到困難的時(shí)候， 要學(xué)會(huì)查找相關(guān)資料，通過(guò)對(duì)資料的學(xué)習(xí)，找出解決問(wèn)題的方法。這 樣，既可以鍛煉自己獨(dú)立解決問(wèn)題的能力， 又可以提高自己的自學(xué)能 力。設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，一是要掌握好凸輪的相關(guān)知識(shí)，二是

12、要學(xué)會(huì)如何在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)界面的時(shí)候，力求簡(jiǎn)單，易操作， 功能齊全。盡量讓初次使用者都能很容易上手使用。本軟件的不足之處很多，其中一個(gè)就是有時(shí)生成的凸輪曲線之間連接處并非圓滑過(guò) 渡。會(huì)帶來(lái)很大的沖擊力，因此要進(jìn)行后處理才能使用。在判斷輸入 參數(shù)是否合理，和一些出錯(cuò)處理上還不夠完善，因此還有很多地方需 要改進(jìn)的。本軟件只是作為一次學(xué)習(xí)，一次嘗試，以拋磚引玉，其實(shí)際意義 還不大。在此期待老師提出更好的建議，以便完善本軟件。附部分源程序模塊Opti on ExplicitPublic ptx(3600) As Double 'Public pty(3600) As Double 

13、9; Public low As Double ' Public countnum As In teger ' Public Const PI = 3.14159 Public area As Double ' Public sch As Double'Public tch As Double'Public Hua n As Double ' Public Gao As DoublePublic a1 As Stri ng, a2 As Stri ng, a3 As Stri ngPublic b1 As DoublePublic savetim

14、e As DoublePublic i As Double FrmView 主窗口 Opti on Explicit Dim j%Public bch As Stri ng, zbx As Stri ng, M As In teger, sd As Stri ng Private Sub CmbSlect_Click() ' Select Case CmbSlect Listl ndexCase 0'den gjiasu.Show 1Case 1'曲線存儲(chǔ)點(diǎn)數(shù)組由于存儲(chǔ)最終輸出的點(diǎn) 數(shù)組下標(biāo)存儲(chǔ)當(dāng)前為第幾段曲線輸入的值存儲(chǔ)角度范圍的值 總升程輸入曲線的推程 坐標(biāo)變換數(shù)據(jù)

15、選擇曲線類(lèi)型等加速運(yùn)動(dòng)清空Text文本框設(shè)定default范圍等速運(yùn)動(dòng)最后一段曲線 輸入時(shí)，自動(dòng)輸入 默認(rèn)值If CountAII.Caption = CountNow.Caption Thenden gsu.NumE nd.Text = "360"den gsu.NumE nd.E nabled = FalseEnd Ifden gsu.Show 1Case 2'正弦加速度運(yùn)動(dòng)sin x.NumE nd.Text =""sin x.NumE nd.E nabled = TrueIf CountAII.Caption = CountNow.Cap

16、tion Thensin x.NumE nd.Text = "360"sin x.NumE nd.E nabled = FalseEnd Ifsin x.Show 1Case 3'余弦加速度運(yùn)動(dòng)Cosx.NumE nd.Text =""Cosx.NumE nd.E nabled = TrueIf CountAII.Caption = CountNow.Caption ThenCosx.NumE nd.Text = "360"Cosx.NumE nd.E nabled = FalseEnd IfCosx.Show 1Case 4

17、'等減速運(yùn)動(dòng)den gjia nsu.NumE nd.Text =""den gjia nsu.NumE nd.E nabled = TrueIf CountAII.Caption = CountNow.Caption Thenden gjia nsu.NumE nd.Text = "360"den gjia nsu.NumE nd.E nabled = FalseCommo nDiaIog1.I nitDir = "c:"CommonDialogl.FileName ="凸輪代碼 1.nc"文本(*txt

18、)|*txt|所有文件Commo nDialogl.Filter = "nc 文件(*. nc)|*. nc| (* *)|* *"Commo nDialogl.DefaultExt = "nc"Common Dialogl.Acti on = 2Ope n Commo nDialogl.FileName For Output As #1 j = 100'絕對(duì)坐標(biāo)編程If Optio n1.Value = True The n'NC代碼的開(kāi)始部分Print #1, "%"Print #1, "N"

19、LTrim(RTrim(j); "G17G40G49G80"j = j + 1Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "M06T01"j = j + 1Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "G00G90G54" bch; _"D01X" RTrim(LTrim(Format$(ptx(O), "#.#"); _"Y" RTrim(LTrim(Format$(pty(0), "#.#&

20、quot;); "Z" _ LTrim(RTrim(Val(Text6); _"S" LTrim(RTrim(Val(Text4); "M3"j = j + 1Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "Z2" "F" LTrim(RTrim(Val(Text2) sd = Val(Text8)For M = 1 To Val(Text8)j = j + 1Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "G01Z-

21、" _LTrim(RTrim(Val(Text7); _"F" LTrim(RTrim(Text1)j = j + 1'主要走刀部分For i = 1 To 3599Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "G01" _;"X" LTrim(RTrim(Format$(ptx(i), "#.#"); _"Y" LTrim(RTrim(Format$(pty(i), "#.#")j = j + 1Next isd = s

22、d + Val(Text7)Next MPrint #1, "N" LTrim(RTrim(j); "G00" "G40" _"Z" LTrim(RTrim(Val(Text6)j = j + 1Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "M05"j = j + 1Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "M02"Print #1, "%"Close #1Else'相對(duì)坐

23、標(biāo)編程If Optio n2.Value = True The nPrint #1, "%"Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "G17G40G49G80"j = j + 1Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "M06T01""D01X"j = j + 1Print #1,"N" LTrim(RTrim(j); "G00G91G54" bch;RTrim(LTrim(ptx(0); _&q

24、uot;Y" RTrim(LTrim(pty(0); "Z" LTrim(RTrim(Val(Text6); _"S" LTrim(RTrim(Val(Text4); "M3"j = j + 1Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "Z2" "F" LTrim(RTrim(Val(Text2)sd = Val(Text8)For M = 1 To Val(Text8)j = j + 1Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "G01Z-" LTrim(RTrim(Val(Text7); _"F" LTrim(RTrim(Val(Text1)j = j + 1For i = 1 To 3599Print #1, "N" LTrim(RTrim(j); "G01" "X" LTrim(RTrim(Format(ptx(i)-ptx(i - 1), "#.#"); _