摘 要:本文介绍的圆柱分度凸轮数控加工方法没有采用传统的求解圆柱分度凸轮工作轮廓复杂方法，而是将圆柱分度凸轮按外圆直径展开为矩形，由SolidWorks设计出圆柱分度凸轮的平面轮廓，然后由Mastercam读取数据文件，利用Mastercam旋转轴功能，将平面凸轮轮廓映射为空间圆柱上的三维轮廓，再进行多轴加工数控编程，一方面简化了分度凸轮传动规律的设计计算，同时提高了圆柱分度凸轮工作轮廓的加工精度，大大提高了分度凸轮加工质量和生产效率。

　　关键词：分度凸轮，轮廓，传动规律，文件转换 

　　[Abstract] Cylinder graduation cam NC processing method that this paper introduced don't adopt complicated method traditional for solving cylinder graduation cam working outline curve，but launch the cylinder graduation cam as the rectangle according to the round diameter outside now. Designed the plane outline curve of the cylinder graduation cam by CAD software SolidWorks，then read the data file by CAM software Mastercam. Shine upon the plane outline curve of cam for space three-dimensional outline of cylinder by rotation axis function of Mastercam, then Carry on the programming of NC for multiple axes process. Simplified calculate of the design about the transmission law of the graduation cam，meanwhile improved the machining accuracy of the cylinder graduation cam working outline, having improved graduation cam processing quality and production efficiency greatly.

　　[Key words] Graduation cam，Outline Curve，Transmission law，File conversion

　　一、前言

　　凸轮传动具有结构紧凑的特点，可实现各种复杂的机械传动要求，在机械传动装置中有广泛的应用。在一般的中小型机械分度盘结构中间歇传动圆柱分度凸轮常采用简谐运动曲线，即余弦运动规律。该规律曲线传动平稳，冲击小，广泛应用于从动件作有停留区间的中速场合，如两交错轴间间歇传动的多分度送料机构，见图1所示。

　　图1 多分度间歇传动的送料机构

　　间歇传动凸轮的工作凹槽由两段曲线槽与一段周向环形槽组合，一段曲线槽为分度辊子入口，另一段为分度辊子出口。两段曲线槽推动分度盘转过一个分度角度，而环形槽则实现分度盘的定位静止。实际上，简谐曲线方程由两个余弦曲线方程式和一个圆弧曲线方程式的组成。

　　本文使用CAD软件SolidWorks强劲的参数化造型功能，通过宏操作编程定义运动规律曲线，快捷直观地设计出圆柱凸轮展开轮廓线。根据机构传动需要，可以修正曲线拐点处的坐标值，以消除加速度突变引起的冲击。

　　二、生成间歇圆柱凸轮展开轮廓线

　　由SolidWorks生成圆柱分度凸轮展开轮廓线后，将此展开轮廓线通过转换接口IGES格式输入到MasterCAM，进行三轴联动数控编程加工，最终获得定位精度很高的空间凸轮轮廓。以下通过自动上料机构中空间交错轴传动圆柱凸轮设计/制造实例，说明CAD&CAM软件强大功能在生成空间凸轮造型数据中的应用。

　　根据分度位置数目、分度盘直径、分度辊子直径和两轴交错传动角度的要求计算，确定空间圆柱分度凸轮间谐曲线方程。设间歇传动分度盘分割定位等份N=16，分度盘直径φD0=320mm，圆柱分度凸轮外径φD=60mm，分度辊子直径φd=6mm，凸轮与分度盘两轴呈空间正交垂直布置。计算出凸轮外圆柱周长L=π*D=π*60mm作为基线，那么沿此基线就可以确定简谐方程曲线各坐标点位置。将方程用VBA语言编辑成SolidWorks可执行宏文件(扩展名swb)，有如下编程内容：

　　Sub main()

　　R=0.030:Q=0:H=0.0059:S=0.5*3.14159/180

　　Set swApp = CreateObject ("SldWorks.Application")

　　Set Part = swApp.ActiveDoc

　　Part.InsertCurveFileBegin

　　While Q<3.14159/3 '0°～60°轮廓曲线

　　X=R*Q:Y=H*(1-Cos(3.14159-3*Q))

　　Part.InsertCurveFilePoint X,Y,0

　　Q=Q+S

　　WENd

　　While Q<2*3.14159 '60°～360°轮廓曲线

　　X=R*Q:Y=0

　　Part.InsertCurveFilePoint X,Y,0

　　Q=Q+S

　　Wend

　　While Q<7*3.14159/3 '360°～420°轮廓曲线

　　X=R*Q:Y=H*(Cos(-3*Q)-1)

　　Part.InsertCurveFilePoint X,Y,0

　　Q=Q+S

　　WENd

　　Part.InsertCurveFileEnd

　　End Sub

　　参数R为凸轮半径，H为凸轮高度(已包含刀具补偿)，参数S控制着曲线坐标点间隔大小，数据间隔=R×S≈0.26mm。空间凹槽轮廓线由三段曲线组合而成，周向旋转角度分别是0°～60°、60°～360°、360°～420°。

　　在SolidWorks中打开一个新零件，然后鼠标单击下拉菜单【工具】u【宏操作】u【执行】，选择已编译好的可执行宏文件后单击【打开】，SolidWorks生成一条通过自由点的样条曲线，即凸轮凹槽轮廓线。鼠标左键在特征树中选择【曲线1】后打右键，在弹出的浮动菜单中选择【编辑定义】，即有【曲线文件】对话框弹出见图2所示，显示各自由点坐标清单，并可编辑修改。数控加工时以此曲线为基准，在圆柱凸轮的基体上生成工作曲线槽。机构工作时辊子沿曲线凹槽运动，完成垂直交错轴间分度传动。

　　三、MasterCAM数控编程操作

　　数控加工是一种可编程的柔性加工方法，适用于精度高，形状复杂的零件的加工。MasterCAM作为一款高端CAM软件，在数控加工行业中有着广泛的应用。在空间分度凸轮的三轴联动数控加工过程中，MasterCAM软件操作分为主处理程序和后置处理程序两大部分，主处理程序针对加工对象，加工系统建立3D模型，计算刀具轨迹，生成NCI文件即刀具路径文件。

　　单击下拉菜单【文件】u【另存为】，在对话框【保存类型】下拉列表框中选择【IGES Files】，然后指定保存路径 ，单击【保存】按钮。轮廓线的IGES文件得到保存。IGES是国际通用的CAD文件转换格式，适用于较复杂图形数据的转换。

　　图2 SolidWorks【曲线文件】对话框

　　图3 刀具参数设置对话框

　　1、建立粗/精加工刀具路径

　　MasterCAM可与任何CAD系统交换数据，这些转换格式包括：IGES、ParasolidTM、SAT(ACIS Solids)、DXF、CADL、VDA、STL及ASCII。另外，MasterCAM系统还提供有CATIA、PRO/E、STEP和AutoCAD的DXF、DWG等数据交换器。

　　运行MasterCAM软件，鼠标点击【MAIN MENU】u【File】u【Converters】u【IGES】u【Read file】，在指定路径打开空间凸轮凹槽轮廓线文件。点击【MAIN MENU】u【Toolpaths】u【Contour】u【Chain】，选择图形窗口中的轮廓线后点击【Done】。弹出刀具操作参数(公共参数)设置对话框【Tool parameters】，在对话框的刀具参数标签页下建立一把Φ6mm立铣刀，并设置相应参数，如图3所示。点击【Rotary axis】按钮，在弹出的旋转轴设置对话框内设置选项，如图4所示。

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