雙聯(lián)圓柱凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真論文綜述

1、圓柱凸輪的發(fā)展及參數(shù)化設(shè)計(jì)摘要：本文概述了近百年來凸輪機(jī)構(gòu)研究的內(nèi)容、特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),重點(diǎn)介紹了日本與中國(guó)在凸輪機(jī)構(gòu)方面的研究，以及凸輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)原理，通過電話聽筒的設(shè)計(jì)實(shí)例來展示基于主控零件的設(shè)計(jì)思想。這樣可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,縮短設(shè)計(jì)周期,降低試制成本,保存設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和提高管理水平,為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的整個(gè)生命周期提供支持。關(guān)鍵詞：圓柱凸輪；參數(shù)化；Pro/E引言機(jī)構(gòu)學(xué)在廣義上又稱機(jī)構(gòu)和機(jī)器理論(簡(jiǎn)稱機(jī)械原理) 。機(jī)構(gòu)學(xué)研究的對(duì)象目前仍以多剛體機(jī)械系統(tǒng)為主,但柔性機(jī)構(gòu)學(xué)的雛型已開始提出,機(jī)電等多學(xué)科相結(jié)合的廣義機(jī)構(gòu)學(xué)的研究已引起人們的關(guān)注。機(jī)構(gòu)是組成機(jī)器的基本單元。如凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和連

2、桿機(jī)構(gòu)等。從兒童玩具到產(chǎn)業(yè)機(jī)器人,從海洋開發(fā)的海底作業(yè)機(jī)械到登月行走機(jī)械都要用到各種機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)學(xué)是以運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)為主要理論基礎(chǔ),以數(shù)學(xué)分析手段,研究各類機(jī)構(gòu)基本規(guī)律以及運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析與綜合方法的學(xué)科,是機(jī)械設(shè)計(jì)所依據(jù)的重要基礎(chǔ)理論學(xué)科之一。它來源于機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的實(shí)踐總結(jié),同時(shí)機(jī)構(gòu)學(xué)的研究,又為發(fā)展創(chuàng)造新的機(jī)械和改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械的性能提供正確有效的理論和方法。隨著宇航技術(shù)、核技術(shù)、海洋開發(fā)、醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)器人及微技術(shù)等新科學(xué)技術(shù)的興起和計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用,極大的促進(jìn)了機(jī)構(gòu)學(xué)的發(fā)展,創(chuàng)立了不少新理論和新方法, 開拓了一些新的研究領(lǐng)域【1】。凸輪機(jī)構(gòu)是常用機(jī)構(gòu), 應(yīng)用范圍很廣。自三十年代以來, 人們就

3、在不斷地研究它, 并且研究工作隨著新技術(shù)、新方法的產(chǎn)生和應(yīng)用在不斷深化【2】。近年來，為了適應(yīng)高速分度凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造的需要, 還開展了圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)等的動(dòng)力學(xué)理論和試驗(yàn)研究, 建立了動(dòng)力學(xué)模型, 進(jìn)行了動(dòng)力特性分析, 這些研究有利于提高凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度和改善凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能【3】。圓柱凸輪機(jī)構(gòu)具有體積小,結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn),因而在自動(dòng)機(jī)械中被廣泛應(yīng)用。它們?cè)趯?shí)現(xiàn)間隙分度運(yùn)動(dòng)、較大運(yùn)動(dòng)升程方面具有很強(qiáng)的適應(yīng)性【4】。但圓柱凸輪輪廓復(fù)雜，計(jì)算工作量大，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和加工方法通常采用手工描點(diǎn)、擬合輪廓、銑床粗銑及手工精銼等方法,因此制造周期長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、零件精度低

4、,已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求【5】。如果能夠通過一個(gè)模板模型衍生出不同的模型,就會(huì)大大提高設(shè)計(jì)效率。參數(shù)化設(shè)計(jì)是將系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的定型產(chǎn)品中隨產(chǎn)品規(guī)格不同而變化的參數(shù)用相應(yīng)的變量代替,通過對(duì)變量的修改,從而實(shí)現(xiàn)同類結(jié)構(gòu)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的參數(shù)化【6】。運(yùn)用PRO/ENGINEER 參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)各種圓柱凸輪的方法,以及通過CIMATRON 軟件調(diào)入IGES 代碼進(jìn)行數(shù)控加工編程和實(shí)際加工的方法,該方法具有高效、精密的特點(diǎn)【5】。1 凸輪機(jī)構(gòu)的研究和發(fā)展概況凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊, 在自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、上料機(jī)構(gòu), 內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)及印刷機(jī), 紡織機(jī), 插秧機(jī), 鬧鐘和各種電器開

5、關(guān)中都有廣泛的應(yīng)用。正是它的廣泛應(yīng)用推了對(duì)它的研究和它自身的發(fā)展。最初, 人們只研究凸輪的簡(jiǎn)單幾何形狀和運(yùn)動(dòng), 以滿足對(duì)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單的位移要求。隨著對(duì)各種機(jī)械在速度、效率、壽命、噪聲和可靠性等方面要求的日益提高, 對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究也逐步擴(kuò)展與深化, 從簡(jiǎn)單地考慮幾何尺寸、運(yùn)動(dòng)分析和靜力分析, 發(fā)展到考慮動(dòng)力學(xué)分析、潤(rùn)滑、誤差影響、彈性變形等, 其研究方向已有數(shù)十個(gè)之多【2】。特別是五十年代以來, 由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 使得計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)及專家系統(tǒng)成為現(xiàn)代機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要手段。它將機(jī)構(gòu)概念、知識(shí)、理論和方法以及設(shè)計(jì)專家的經(jīng)驗(yàn)和智慧與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯推理、分析、判斷、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示等功

6、能密切結(jié)合,以簡(jiǎn)便、快速地完成設(shè)計(jì)任務(wù)【4】。2 歐美國(guó)家凸輪機(jī)構(gòu)研究的總體情況和特點(diǎn)在歐美各國(guó), 很多學(xué)者為凸輪機(jī)構(gòu)的研究作出了貢獻(xiàn)。早在三十年代, 就寫了一本系統(tǒng)介紹凸輪設(shè)計(jì)的著作, 當(dāng)時(shí)的研究工作主要集中在低速凸輪機(jī)構(gòu), 而且主要分析的是運(yùn)動(dòng)規(guī)律。到了四十年代, 人們開始對(duì)配氣凸輪機(jī)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行深入研究, 并從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)過渡到有理論根據(jù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。四十年代末, 等人已經(jīng)注意到從動(dòng)件的剛度對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)有明顯的影響。五十年代初, 最先對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。后來不少學(xué)者采用多種儀器, 如高速攝影機(jī)、加速度分析儀和動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀等, 對(duì)高速凸輪的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量,并獲得了許多重要

7、成果【2】。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展, 凸輪機(jī)構(gòu)的CAD/CAM獲得巨大成功, 凸輪機(jī)構(gòu)的研究經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到優(yōu)化設(shè)計(jì), 從單純的運(yùn)動(dòng)分析到動(dòng)力學(xué)研究, 從手工加工到CAM等發(fā)展階段。在高速凸輪機(jī)構(gòu)的研究方面, 歐美各國(guó)也取得了巨大的成就。Tesar在其著作【7】中對(duì)高速凸輪機(jī)構(gòu)采用的多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律有較詳述,T.Weber, A.S. Gutman,F.Freadunstein 等人提出了付氏級(jí)數(shù)y.運(yùn)動(dòng)規(guī)律,D.A. Stoddart與 G.F .Fawcett 等提出了多項(xiàng)式動(dòng)力運(yùn)動(dòng)規(guī)律等等，最近, 德國(guó)、英國(guó)在高速凸輪機(jī)構(gòu)的研究方面又有了新的突破, 對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究采用了諧分析、諧綜合等分析設(shè)

8、計(jì)方法，使得高速凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能有了很大的改善。歐美各國(guó)的學(xué)者還特別注重研究文獻(xiàn)的收集整理, 在其專著凸輪設(shè)計(jì)與制造中幾乎列出了年1984以前的、有記載的、可以找得到的所有的文獻(xiàn)資料, 共1817篇。根據(jù)該書和1984年以后出版的Ei, 對(duì)歐美各國(guó)自1950年以來在各研究方向所發(fā)表的論文數(shù)量作了初略的統(tǒng)計(jì), 總結(jié)得出四十年來歐美各國(guó)凸輪機(jī)構(gòu)研究的特點(diǎn)大致如下:(1)論文數(shù)量多, 研究范圍廣。(2)研究的連續(xù)性和發(fā)展性強(qiáng)。在每個(gè)研究方向上每年都有相當(dāng)數(shù)量的論文發(fā)表, 而且關(guān)于新技術(shù)應(yīng)用的論文數(shù)量也逐年增多。如五十年代至六十年代, 有關(guān)設(shè)計(jì)加工及刀具的論文是大量的,而有關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)的論文幾乎沒有

9、。到了七十至八十年代, 這方面的論文顯著增多, 而到了九十年代,有關(guān)凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方面的研究論文大量發(fā)表, 同時(shí)有關(guān)高速凸輪機(jī)構(gòu)的新的分析方法和改善其動(dòng)力學(xué)性能方面的研究論文也不斷涌現(xiàn)。因此可以認(rèn)為, 凸輪機(jī)構(gòu)的研究是持續(xù)且有發(fā)展的。(3)研究工作隨著新技術(shù)、新方法的產(chǎn)生和應(yīng)用而深化。例如凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì), 早期的優(yōu)化目標(biāo)極為簡(jiǎn)單, 主要是確定最小基圓半徑。隨著優(yōu)化方法和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用, 優(yōu)化目標(biāo)的選擇也越來越復(fù)雜, 如可以是最小體積、最小接觸應(yīng)力、最長(zhǎng)壽命、從動(dòng)件最小振動(dòng)、最高效率、最小功耗等。(4)基礎(chǔ)理論的研究持續(xù)穩(wěn)定。雖然凸輪機(jī)構(gòu)的研究不斷有新的擴(kuò)展, 但是對(duì)其基礎(chǔ)理論如從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律

10、、幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等方面的研究論文仍有相當(dāng)多的數(shù)量, 這是因?yàn)楫?dāng)其他方面的研究需要深化和擴(kuò)展時(shí), 往往由于基礎(chǔ)理論研究得不夠而難以繼續(xù)。例如采用優(yōu)化方法, 如果數(shù)學(xué)模型誤差很大, 再好的優(yōu)化方法也得不到好的結(jié)果【2】。圓柱凸輪作為凸輪機(jī)構(gòu)一個(gè)分支它隨著凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展而發(fā)展，圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展也帶動(dòng)了凸輪機(jī)構(gòu)的發(fā)展。3 日本凸輪機(jī)構(gòu)研究的大體情況日本也特別重視凸輪機(jī)構(gòu)的研究, 有很多從事凸輪機(jī)構(gòu)研究的專家, 早期有小才川介、中開英一等, 現(xiàn)在有牧野洋、西岡雅夫、筱原茂之等還有許多專門生產(chǎn)凸輪機(jī)構(gòu)的公司, 如大家公司、三共制作所、協(xié)和凸輪公司等。日本經(jīng)常舉行討論凸輪機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)會(huì)議。在有關(guān)的國(guó)際性刊物

11、上也經(jīng)常看到日本在凸輪機(jī)構(gòu)研究方面的論文。日本近期在凸輪技術(shù)的發(fā)展上所做的工作主要有以下幾個(gè)方面：（1）在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面, 致力于尋求凸輪機(jī)構(gòu)的精確解和使凸輪曲線多樣化。以適應(yīng)新的要求。（2）加強(qiáng)了凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)方面的研究, 提高了機(jī)構(gòu)的速度, 發(fā)展了高速凸輪。他們已經(jīng)生產(chǎn)出分度數(shù)每分鐘8000次的分度凸輪機(jī)構(gòu)。（3）研制新的凸輪加工設(shè)備, 以適應(yīng)新開發(fā)的產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)了凸輪機(jī)構(gòu)的小型化和大型化, 已經(jīng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)出了世界上最小和最大的蝸桿凸輪機(jī)構(gòu), 中心距前者為28mm, 后者為800mm。(4)加強(qiáng)凸輪機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化, 發(fā)展成批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)凸輪機(jī)構(gòu)。(5)發(fā)展凸輪機(jī)構(gòu)的CAD/CAM系統(tǒng)。日本學(xué)者

12、特別注重將各方面的研究成果應(yīng)用到實(shí)際的產(chǎn)品開發(fā)中去, 如他們充分地認(rèn)識(shí)到凸輪機(jī)構(gòu)作為控制機(jī)構(gòu)具有高速下的穩(wěn)定性、優(yōu)良的再現(xiàn)性、良好的運(yùn)動(dòng)特性和可靠性、易于實(shí)現(xiàn)同步控制、剛度高等優(yōu)越性, 因而十分重視將凸輪機(jī)構(gòu)與電子技術(shù)相結(jié)合, 在控制機(jī)構(gòu)上作廣泛的研究, 從而拓寬了凸輪機(jī)2的用途【2】。4 我國(guó)凸輪機(jī)構(gòu)研究的總體情況我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和研究已有多年的歷史, 目前仍在繼續(xù)擴(kuò)展和深入。1983年全國(guó)第三屆機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)上關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)的論文只有8篇, 涉及設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、分析、廓線的綜合等四個(gè)研究方向。到了1988年第六屆會(huì)議, 已有凸輪機(jī)構(gòu)方面的論文20篇, 增加了動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等研究

13、方向。而1990年第七屆會(huì)議, 凸輪機(jī)構(gòu)方面的論文22篇, 又增加了CAD/CAM、誤差分析等研究方向【2】。目前，凸輪機(jī)構(gòu)己有多本著作, 對(duì)推動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)起著重要的作用。參考文獻(xiàn)【8】全面闡述凸輪機(jī)構(gòu)的新理論與新方法以及有關(guān)材料、制造技術(shù)問題。從滿足實(shí)際需要還附有一些實(shí)用的圖、表和設(shè)計(jì)實(shí)例。參考文獻(xiàn)【9】在建立較為通用的解析公式和應(yīng)用各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)均有一定的新意【1】。近幾年，為了適應(yīng)高速分度凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造的需要, 還開展了圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)等的動(dòng)力學(xué)理論和試驗(yàn)研究, 建立了動(dòng)力學(xué)模型, 進(jìn)行了動(dòng)力特性分析, 這些研究有利于提高凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度和改善凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能【3】。計(jì)

14、算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)及專家系統(tǒng)也有了相當(dāng)?shù)难芯?，?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)及專家系統(tǒng)成為現(xiàn)代機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要手段。它將機(jī)構(gòu)概念、知識(shí)、理論和方法以及設(shè)計(jì)專家的經(jīng)驗(yàn)和智慧與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯推理、分析、判斷、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示等功，能密切結(jié)合,以簡(jiǎn)便、快速地完成設(shè)計(jì)任務(wù)【1】?，F(xiàn)在凸輪機(jī)構(gòu)已經(jīng)在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、紡織機(jī)械、交通運(yùn)輸機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、印刷機(jī)械等領(lǐng)域的到了廣泛的應(yīng)用。但是，與先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用還存在較大的差距，尤其是在對(duì)振動(dòng)的研究、凸輪機(jī)構(gòu)的加工及產(chǎn)品開發(fā)等方面【2】。5 凸輪機(jī)構(gòu)有待進(jìn)一步研究和發(fā)展的方向雖然已有很多學(xué)者對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的研究做了相當(dāng)多的工作, 但在各研究方向仍有許

15、多可繼續(xù)進(jìn)行的工作, 并有一些研究工作有待開發(fā)。從設(shè)計(jì)的角度考慮, 大致有以下幾點(diǎn)：（1）在從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究方面, 除了繼續(xù)尋找更好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律外, 要研究有效的分析方法。(2)在幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究方面, 要綜合考慮各種凸輪機(jī)構(gòu), 盡可能導(dǎo)出普遍適用的計(jì)算公式。已有研究大多集中于平面和圓柱凸輪, 而且是一種凸輪一種研究方法, 因而設(shè)計(jì)公式過多, 近似較多, 并影響到其他方面(如CAD的應(yīng)用等)的研究。(3)發(fā)展通用而有效的CAD系統(tǒng)。由于種種原因, 計(jì)算機(jī)在凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用一直被局限于幾種平面和圓柱凸輪機(jī)構(gòu), 且每一程序一般只能處理一、二種機(jī)構(gòu), 對(duì)比較完整的CAD系統(tǒng)的研究, 在近十

16、幾年才開始, 且很不完善。(4)引入專家系統(tǒng)或人工智能CAD系統(tǒng)。由于凸輪機(jī)構(gòu)不是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu), 種類多, 應(yīng)用廣, 加之許多已有的知識(shí)不能公式化, 所以應(yīng)用普通的CAD系統(tǒng), 有時(shí)效果并不很理想。如果引入專家系統(tǒng), 則可以獲得較為理想的結(jié)果。(5)動(dòng)力學(xué)研究的深化及研究成果的進(jìn)一步實(shí)用化。由于動(dòng)力學(xué)問題本身的復(fù)雜性, 導(dǎo)致研究主要集中于低、中速凸輪機(jī)構(gòu), 對(duì)高速凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究還不夠深入、完善, 所以, 人們對(duì)這些研究成果的可靠性存在懷疑, 這些成果的應(yīng)用尚不廣泛。(6)加強(qiáng)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)特性的計(jì)算機(jī)模擬, 以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短產(chǎn)品研制周期。(7)研究CAD/CAM的一體化。

17、(8)凸輪機(jī)構(gòu)作為引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的研究和應(yīng)用【2】。6 參數(shù)化設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中,一般都采用自上而下的設(shè)計(jì)方法。即先繪制產(chǎn)品的裝配圖,然后依據(jù)裝配圖繪制出產(chǎn)品的部件圖和零件圖。在Pro/ E 中,以主控零件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),正是采用了自上而下的設(shè)計(jì)方法。首先從產(chǎn)品的頂層開始,通過在裝配中建立零件來完成整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法,這種方法在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)尤為重要。為此,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段,按照該產(chǎn)品的最基本功能和要求,在設(shè)計(jì)頂層構(gòu)筑一個(gè)主控零件,隨后的設(shè)計(jì)過程基本上都是在該基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)制、修改、細(xì)化、完善并最終完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程。即首先根據(jù)產(chǎn)品功能需求建立產(chǎn)品的裝配圖,然后依據(jù)裝配圖再繪制產(chǎn)品的部件圖,根據(jù)參

18、數(shù)模型通過系統(tǒng)提供的參數(shù)零件的建模工具生成參數(shù)零件。整個(gè)過程反映了自上而下的設(shè)計(jì)思想,體現(xiàn)了設(shè)計(jì)約束的自上而下的傳遞過程,即使在零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段,也可以反映總體功能需求的約束。下面通過一個(gè)具體產(chǎn)品電話聽筒的設(shè)計(jì)實(shí)例來展示基于主控零件的設(shè)計(jì)思想。此產(chǎn)品含有4個(gè)零件,分別為“電話上蓋”、“電話下蓋”、“線路門蓋”及“電池蓋”。整個(gè)產(chǎn)品構(gòu)思如下:(1) 先創(chuàng)建主控零件的三維零件模型。主控零件除了將4個(gè)零件融為一體外,另含有兩個(gè)分模面及一個(gè)分模線。主控零件含有重要的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)(位置、外形、裝配關(guān)系等) ,零件及設(shè)計(jì)參數(shù)(重要尺寸,所需空間要求等) ,零件之間的相互關(guān)聯(lián)性和依賴性(相互配合的孔等) 。創(chuàng)

19、建缺省的坐標(biāo)系及基準(zhǔn)面;以拉伸方式創(chuàng)建電話筒本體,同時(shí)做出電話上下蓋的分模面;以拉伸的方式做出電池蓋的分模面;以投影的方式做出線路門蓋的切模線和號(hào)碼按鍵的切割曲線。(2) 將主控零件與僅含缺省坐標(biāo)系PRT - CSYS - DEF 及缺省基準(zhǔn)面RIGHT、TOP 及FRONT 的電話上蓋零件裝配在一起,然后將主控零件合并至電話上蓋零件,此時(shí)電話上蓋零件即含有主控零件的幾何模型。(3) 以電話上蓋零件復(fù)制出3個(gè)完全相同的零件作為“電話下蓋”、“線路門蓋”、“電池蓋”的雛形零件,因此每個(gè)零件都有從主控零件所合并過來的幾何模型。(4) 再進(jìn)入個(gè)別零件中做局部設(shè)計(jì)。電話上蓋:以電話上下蓋的分模面切除下

20、蓋的體積,創(chuàng)建薄殼特征,以Cut 特征形成號(hào)碼鍵及線路門蓋;電話下蓋:以電話上下蓋的分模面切除上蓋的體積,創(chuàng)建薄殼特征,以Cut 特征挖出電池缺口;線路門蓋:以Cut 特征挖出線路門蓋所需的體積,創(chuàng)建薄殼特征;電池蓋:以Cut 特征挖出電池蓋所需的體積,創(chuàng)建薄殼特征;最后將4 個(gè)零件以坐標(biāo)系裝配為完整的電話聽筒產(chǎn)品;(5) 進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)變更時(shí),直接在主控零件上做設(shè)計(jì)變更,由于由主控零件所衍生出來的4個(gè)零件都含有主控零件的幾何模型,因此主控零件的變化會(huì)完全反映至個(gè)別零件上【10】。7 凸輪參數(shù)化設(shè)計(jì)與實(shí)體建模參數(shù)化設(shè)計(jì)是在為了實(shí)現(xiàn)加快新產(chǎn)品開發(fā)周期,提高設(shè)計(jì)效率,減少重復(fù)勞動(dòng)的目的下誕生的。P

21、ro/E是常用參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，它集于CAD/CAM/CAE一體的大型設(shè)計(jì)軟件, 用其對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行仿真, 能夠模擬真實(shí)環(huán)境中的工作狀況并對(duì)其進(jìn)行分析和判斷, 以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷和潛在的失敗可能, 提前改善和修正, 從而減少后期修改而付出的昂貴代價(jià), 減少設(shè)計(jì)的周期【11】。零件設(shè)計(jì)是Pro/ E 最基本的功能之一。Pro/ E 的3D 實(shí)體模型將用戶的設(shè)計(jì)思想以最真實(shí)的模型在計(jì)算機(jī)上表現(xiàn)出來,在計(jì)算機(jī)上觀察參數(shù)化模型非常直觀、清晰,便于表達(dá)設(shè)計(jì)意圖,并可隨時(shí)由3D 實(shí)體模型產(chǎn)生2D 工程圖形,而且自動(dòng)標(biāo)示工程圖尺寸。Pro/ E 以最自然的思考方式從事設(shè)計(jì)工作,如打孔、開槽、做成圓角等均被視為

22、零件設(shè)計(jì)的基本特征,除了充分掌握設(shè)計(jì)思想之外,還在設(shè)計(jì)過程中導(dǎo)入設(shè)計(jì)的制造思想,因此可隨時(shí)對(duì)特征做合理的、不違反幾何順序的調(diào)整、插入、刪除、重新定義等修正。在實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中,一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)首先考慮的是該產(chǎn)品的功能及裝配方面的事項(xiàng),然后才對(duì)組成裝配體的零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。產(chǎn)品是根據(jù)用戶的要求滿足某種功能的、蘊(yùn)涵了生產(chǎn)活動(dòng)豐富信息的物化對(duì)象的總稱。而產(chǎn)品模型則是指在信息理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下,以一定的數(shù)據(jù)對(duì)象,對(duì)一個(gè)或一些具體產(chǎn)品對(duì)象進(jìn)行定義,表達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)關(guān)系的信息表達(dá)模型。與零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)不同,產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)是一個(gè)更加復(fù)雜的過程,它除了要考慮用參數(shù)驅(qū)動(dòng)尺寸或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外,更多的是

23、產(chǎn)品的功能、規(guī)格、材料、工藝等參數(shù),以及各個(gè)零部件之間的裝配關(guān)系,另外,在設(shè)計(jì)階段由于許多問題不能得到完整的解決,因而產(chǎn)品的參數(shù)化模型不僅要能表示設(shè)計(jì)者的思想,還應(yīng)該能表示設(shè)計(jì)者提出的問題,其它解決方案等。即功能需求的改動(dòng)直接影響著整個(gè)產(chǎn)品模型的高層結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響到產(chǎn)品配置中各個(gè)零部件的改變。針對(duì)這種情況,自上而下地對(duì)產(chǎn)品按功能進(jìn)行分解,通過功能映射尋找到可以實(shí)現(xiàn)這些子功能的零部件模型,并將其整合為一個(gè)經(jīng)濟(jì)可用的產(chǎn)品,必將成為產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)【10】。凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)加快了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)效率,運(yùn)用Pro/E進(jìn)行實(shí)體建模， 能夠模擬真實(shí)環(huán)境中的工作狀況并對(duì)其進(jìn)行分析和判斷, 以

24、盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，提前改善和修正。8 結(jié)束語圓柱凸輪經(jīng)歷了百年發(fā)展，從傳統(tǒng)低速凸輪設(shè)計(jì)發(fā)展到現(xiàn)在的高速度優(yōu)化凸輪設(shè)計(jì)，從手工設(shè)計(jì)到現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，隨著科技的發(fā)展，圓柱凸輪還將繼續(xù)發(fā)展下去，以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的需要，盡管電子技術(shù)的發(fā)展, 某些設(shè)備的控制元件可以采用電子元器件, 但它們一般只能傳遞較小的功率, 而凸輪機(jī)構(gòu)卻能在實(shí)現(xiàn)控制功能的同時(shí)傳遞較大的功率, 因此, 凸輪機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)中具有無可替代的優(yōu)越性, 尤其在高速度、高精度傳動(dòng)與分度機(jī)構(gòu)及引導(dǎo)機(jī)構(gòu)中, 更有突出的優(yōu)點(diǎn)【2】。但是，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造周期長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，運(yùn)用Pro/E不但能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量, 降低試制成本,而且還保

25、存設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和提高管理水平。參考文獻(xiàn)【1】陸鳳儀,徐格寧.機(jī)構(gòu)學(xué)研究現(xiàn)狀與展望.太原重型機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào):Vol,2002（6）.【2】莫亞梅.凸輪機(jī)構(gòu)研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).南通工學(xué)院報(bào):15（1）,1999(3),21.【3】鄒慧君,李瑞琴,郭為忠,張青.機(jī)構(gòu)學(xué)10年來主要研究成果和發(fā)展展望J.機(jī)械工程學(xué)報(bào):2003（12）,22.【4】陸鳳儀,徐格寧.機(jī)構(gòu)學(xué)研究現(xiàn)狀與展望J.太原重型機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào):2002（6）,231.【5】童森林，陳俊華，陳俊龍. 圓柱凸輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)和數(shù)控加工J. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2002(9).【6】劉德福,潘晉平,周賢.圓柱凸輪數(shù)控加工的幾鍵問題J. 機(jī)械傳動(dòng),2003(3).【7】Tesar, Matthew G K. The dynamic synthesis, an