弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)特性剖析與CAD系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用研究

一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展進(jìn)程中，機(jī)械傳動系統(tǒng)作為各類機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)乎設(shè)備的整體運行效率與精度?；∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)作為一種卓越的空間間歇分度機(jī)構(gòu)，憑借其獨特的結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)勢，在眾多領(lǐng)域中扮演著舉足輕重的角色。弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)將連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動精準(zhǔn)地轉(zhuǎn)換為間歇性的分度運動，具有分度精度高、動力學(xué)特性好、承載能力大以及運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等顯著優(yōu)點。在輕工自動化機(jī)械領(lǐng)域，如包裝機(jī)械、食品機(jī)械等，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)可確保產(chǎn)品在生產(chǎn)線上實現(xiàn)精確的間歇輸送與定位，極大地提高了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量；在紡織機(jī)械中，它能為紡織工藝提供穩(wěn)定的間歇運動，保證紗線的均勻纏繞與織物的精密織造；在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，其高精度的分度能力為復(fù)雜零件的加工提供了可靠保障，使得加工精度和表面質(zhì)量得到大幅提升?？梢哉f，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，極大地推動了現(xiàn)代工業(yè)向高精度、高效率、自動化方向的發(fā)展。然而，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計與制造過程面臨著諸多挑戰(zhàn)。其工作廓面為復(fù)雜的空間不可展曲面，難以采用常規(guī)的測繪與設(shè)計方法。傳統(tǒng)的設(shè)計方式不僅效率低下，而且容易出現(xiàn)設(shè)計誤差，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對高精度、高性能凸輪機(jī)構(gòu)的需求。在制造過程中，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對加工工藝和設(shè)備的要求極高，加工難度大，成本高昂。因此，如何提高弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計與制造水平，成為了機(jī)械工程領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)應(yīng)運而生，并在機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。CAD系統(tǒng)通過利用計算機(jī)的強(qiáng)大計算能力和圖形處理能力，能夠?qū)∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)建模與分析，快速生成設(shè)計方案，并通過虛擬仿真技術(shù)對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化和驗證。這不僅大大縮短了設(shè)計周期，降低了設(shè)計成本，還提高了設(shè)計的準(zhǔn)確性和可靠性。同時，CAD系統(tǒng)還能與計算機(jī)輔助制造（CAM）、計算機(jī)輔助工程（CAE）等技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)從設(shè)計到制造的一體化流程，有效提高了制造精度和生產(chǎn)效率。綜上所述，對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)及其CAD系統(tǒng)的研究具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。通過深入研究弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理、運動特性和設(shè)計方法，開發(fā)出高效、精準(zhǔn)的CAD系統(tǒng)，能夠為現(xiàn)代工業(yè)提供高性能的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級和創(chuàng)新發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究歷經(jīng)了漫長的發(fā)展歷程，國內(nèi)外學(xué)者在理論研究、CAD系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用等方面均取得了一系列豐碩成果，同時也存在一些尚待完善的地方。國外對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究起步較早，在理論研究方面成果顯著。20世紀(jì)初，美國率先發(fā)明了弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)，隨后，各國學(xué)者圍繞其幾何學(xué)與運動學(xué)展開了深入探索。通過運用空間嚙合理論、微分幾何等知識，成功推導(dǎo)得出弧面分度凸輪的廓面方程、嚙合方程以及壓力角計算公式，為機(jī)構(gòu)的設(shè)計與分析構(gòu)筑了堅實的理論根基。在動力學(xué)研究領(lǐng)域，國外學(xué)者充分考慮到凸輪與滾子間的彈性變形、間隙、阻尼以及油膜擠壓等諸多因素，借助質(zhì)量集中法、有限元法等手段，構(gòu)建出弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型，對機(jī)構(gòu)的動態(tài)特性展開了深入分析，為提高機(jī)構(gòu)的運動平穩(wěn)性和可靠性提供了有力的理論支持。在CAD系統(tǒng)開發(fā)方面，國外的一些知名軟件公司，如德國的西門子、美國的PTC等，推出了功能強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)計軟件，這些軟件涵蓋了弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計、三維建模、運動仿真以及有限元分析等功能。通過這些軟件，設(shè)計人員只需輸入相關(guān)參數(shù)，即可快速生成凸輪的三維模型，并對其運動過程進(jìn)行模擬和分析，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題并加以優(yōu)化，極大地提高了設(shè)計效率和質(zhì)量。從應(yīng)用層面來看，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)在國外的工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。在汽車制造領(lǐng)域，用于發(fā)動機(jī)零部件的加工和裝配生產(chǎn)線，能夠?qū)崿F(xiàn)零部件的高精度定位和快速輸送，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；在電子制造行業(yè)，用于電子元器件的貼裝設(shè)備，確保電子元器件能夠準(zhǔn)確無誤地貼裝到電路板上，滿足電子產(chǎn)品高精度、小型化的生產(chǎn)需求；在航空航天領(lǐng)域，用于飛行器的控制系統(tǒng)和儀表設(shè)備，為飛行器的安全飛行提供了可靠的保障。我國對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的研究始于20世紀(jì)70年代末期，雖起步較晚，但發(fā)展迅速。在理論研究方面，國內(nèi)眾多高校和科研機(jī)構(gòu)，如西北工業(yè)大學(xué)、大連輕工業(yè)學(xué)院等，對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計制造理論進(jìn)行了深入研究。通過采用坐標(biāo)變換法、包絡(luò)原理等方法，對弧面分度凸輪的工作廓面方程、嚙合方程、壓力角計算公式以及軸截面、法截面齒形等進(jìn)行了深入分析和研究，取得了一系列具有重要理論價值的成果。同時，國內(nèi)學(xué)者還對弧面分度凸輪的加工方法進(jìn)行了研究，提出了范成法、兩重包絡(luò)法、刀位補(bǔ)償法和自由曲面法等多種加工方法，并對這些方法的加工原理、工藝特點以及適用范圍進(jìn)行了深入探討。在CAD系統(tǒng)開發(fā)方面，國內(nèi)一些高校和科研機(jī)構(gòu)也開展了相關(guān)研究工作，并取得了一定的成果。部分研究團(tuán)隊基于通用的CAD軟件平臺，如UG、SolidWorks等，利用二次開發(fā)工具，開發(fā)出了針對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的專用設(shè)計模塊。這些模塊能夠?qū)崿F(xiàn)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計、三維建模以及運動仿真等功能，為國內(nèi)企業(yè)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計提供了一定的技術(shù)支持。此外，還有一些研究團(tuán)隊自主開發(fā)了弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的CAD系統(tǒng)，這些系統(tǒng)具有界面友好、操作簡單、功能齊全等特點，能夠滿足不同用戶的需求。在應(yīng)用方面，隨著我國制造業(yè)的快速發(fā)展，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)在國內(nèi)的輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在包裝機(jī)械中，用于實現(xiàn)產(chǎn)品的間歇輸送和包裝動作，提高包裝效率和質(zhì)量；在紡織機(jī)械中，用于控制織物的編織和卷繞過程，保證織物的質(zhì)量和生產(chǎn)效率；在數(shù)控機(jī)床中，用于實現(xiàn)工作臺的分度和定位，提高機(jī)床的加工精度和效率。盡管國內(nèi)外在弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)及其CAD系統(tǒng)的研究方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足之處。在理論研究方面，對于弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)在復(fù)雜工況下的動力學(xué)特性研究還不夠深入，如考慮多體動力學(xué)、時變載荷、溫度場等因素對機(jī)構(gòu)性能的影響；在CAD系統(tǒng)開發(fā)方面，現(xiàn)有系統(tǒng)的智能化程度還有待提高，缺乏對設(shè)計知識的有效管理和利用，難以實現(xiàn)設(shè)計過程的自動化和智能化；在應(yīng)用方面，國內(nèi)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性與國外相比仍有一定差距，需要進(jìn)一步提高設(shè)計水平和制造工藝。1.3研究內(nèi)容與方法本文將圍繞弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的特性分析、CAD系統(tǒng)的構(gòu)建以及實際應(yīng)用驗證展開研究，具體內(nèi)容如下：弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的特性分析：基于空間嚙合理論、微分幾何以及高等機(jī)構(gòu)學(xué)等理論知識，運用坐標(biāo)變換法，深入推導(dǎo)弧面分度凸輪的工作廓面方程、嚙合方程以及壓力角計算公式。通過這些公式，對弧面分度凸輪的曲面方程、接觸線方程、曲面特性、嚙合原理、運動關(guān)系以及幾何參數(shù)等進(jìn)行全面且深入的分析研究。建立弧面分度凸輪軸截面、法截面齒形的計算數(shù)學(xué)模型，并借助Matlab進(jìn)行編程計算，從而明確弧面分度凸輪工作廓面與軸截面和法截面的交線特性，為后續(xù)的設(shè)計與制造提供堅實的理論依據(jù)。弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)的構(gòu)建：以VisualC++6.0為開發(fā)平臺，結(jié)合OpenGL圖形庫，充分發(fā)揮其強(qiáng)大的圖形繪制與處理能力，開發(fā)出具有友好用戶界面的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，運用參數(shù)化設(shè)計方法，實現(xiàn)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的快速設(shè)計與修改。用戶只需輸入相關(guān)的設(shè)計參數(shù)，系統(tǒng)即可自動生成凸輪的二維工程圖和三維實體模型，大大提高了設(shè)計效率。同時，將運動仿真功能集成到CAD系統(tǒng)中，通過對凸輪機(jī)構(gòu)的運動過程進(jìn)行模擬，能夠直觀地觀察機(jī)構(gòu)的運動狀態(tài)，檢測是否存在干涉現(xiàn)象，并對機(jī)構(gòu)的運動性能進(jìn)行評估，為設(shè)計方案的優(yōu)化提供參考。實例驗證與分析：選取實際工程中的應(yīng)用案例，運用所開發(fā)的CAD系統(tǒng)進(jìn)行弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計。將設(shè)計結(jié)果與傳統(tǒng)設(shè)計方法進(jìn)行對比分析，從設(shè)計效率、精度以及成本等多個方面進(jìn)行評估，驗證CAD系統(tǒng)的優(yōu)越性和實用性。對設(shè)計制造的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行實驗測試，通過實際測量機(jī)構(gòu)的運動參數(shù)和性能指標(biāo)，與理論分析結(jié)果進(jìn)行對比，進(jìn)一步驗證設(shè)計的正確性和CAD系統(tǒng)的可靠性。為了實現(xiàn)上述研究內(nèi)容，本文將采用以下研究方法：理論分析方法：深入研究弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理和相關(guān)理論知識，運用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行公式推導(dǎo)和模型建立，從理論層面揭示機(jī)構(gòu)的運動特性和設(shè)計規(guī)律。通過對空間嚙合理論、微分幾何等知識的運用，推導(dǎo)弧面分度凸輪的廓面方程、嚙合方程等，為機(jī)構(gòu)的設(shè)計和分析提供理論基礎(chǔ)。數(shù)值計算方法：利用Matlab等數(shù)學(xué)軟件，對建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值計算和求解。通過數(shù)值計算，得到弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的各項性能參數(shù)，如壓力角、運動速度、加速度等，并對這些參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化。利用Matlab的編程功能，實現(xiàn)對弧面分度凸輪軸截面、法截面齒形的計算，以及對機(jī)構(gòu)運動性能的分析。實例驗證方法：通過實際案例的應(yīng)用和實驗測試，對理論分析和數(shù)值計算的結(jié)果進(jìn)行驗證。將所開發(fā)的CAD系統(tǒng)應(yīng)用于實際工程設(shè)計中，通過實際生產(chǎn)和使用，檢驗系統(tǒng)的可行性和有效性。同時，對設(shè)計制造的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行實驗測試，獲取實際的運動參數(shù)和性能數(shù)據(jù)，與理論分析結(jié)果進(jìn)行對比，驗證設(shè)計的準(zhǔn)確性和可靠性。二、弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)工作原理與特性2.1弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)工作原理2.1.1結(jié)構(gòu)組成弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)主要由弧面凸輪、分度盤、滾子等關(guān)鍵部件構(gòu)成?；∶嫱馆喿鳛橹鲃蛹湫螤钔鹑缫粋€變螺旋角的弧面蝸桿，廓面通常呈凸脊?fàn)睿瑖@著凸輪軸均勻分布。在高速沖床中，弧面凸輪安裝在沖床的驅(qū)動軸上，通過電機(jī)的驅(qū)動實現(xiàn)勻速轉(zhuǎn)動。分度盤作為從動件，其軸線與弧面凸輪的軸線垂直交錯，在分度盤上沿徑向呈輻射狀均勻排列著一定數(shù)量的滾子。這些滾子如同分度盤的“觸角”，與弧面凸輪的凸脊側(cè)面緊密配合，實現(xiàn)運動的傳遞。在實際應(yīng)用中，分度盤通常安裝在沖床的工作臺上，通過滾子與弧面凸輪的嚙合，帶動工作臺實現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)位運動。滾子則是連接弧面凸輪和分度盤的關(guān)鍵元件，一般采用圓柱形、鼓形或圓錐形。其中，圓柱形滾子較為常見，可選用適當(dāng)直徑的滾動軸承代替，以提高滾子的承載能力和轉(zhuǎn)動靈活性。鼓形滾子對其軸線的偏斜誤差不太敏感，能在一定程度上補(bǔ)償安裝和制造誤差，提高機(jī)構(gòu)的運動精度和穩(wěn)定性。在一些對精度要求較高的場合，如電子元件的精密加工設(shè)備中，常采用鼓形滾子來確保機(jī)構(gòu)的高精度運行。2.1.2運動傳遞過程當(dāng)弧面凸輪在電機(jī)的驅(qū)動下做勻速轉(zhuǎn)動時，其凸脊與分度盤上的滾子開始嚙合。在凸輪凸脊的螺旋角為0的曲面段與滾子嚙合時，凸輪僅帶動滾子自轉(zhuǎn)，此時分度盤處于靜止?fàn)顟B(tài)，沒有運動輸出。這就好比一個靜止的車輪，雖然受到了外力的作用，但由于沒有足夠的力矩使其轉(zhuǎn)動，所以仍然保持靜止。而當(dāng)凸輪凸脊的螺旋角不為0時，凸輪工作曲面與滾子緊密嚙合，此時凸輪對滾子產(chǎn)生一個切向力，驅(qū)動滾子帶動分度盤繞其軸線轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)分度盤的間歇轉(zhuǎn)位運動。在這個過程中，凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動被巧妙地轉(zhuǎn)化為分度盤的間歇性轉(zhuǎn)動，就像時鐘的指針，通過齒輪的嚙合實現(xiàn)了精確的分度運動。具體來說，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動時，凸脊的螺旋曲面逐漸與滾子接觸并推動滾子運動。隨著凸輪的繼續(xù)轉(zhuǎn)動，滾子在凸脊的推動下，帶動分度盤繞其軸線旋轉(zhuǎn)一定的角度，完成一次分度動作。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動到下一個螺旋角為0的曲面段時，滾子停止帶動分度盤轉(zhuǎn)動，分度盤再次處于靜止?fàn)顟B(tài)，等待下一次的分度指令。通過這樣的循環(huán)往復(fù)，分度盤上的滾子依次與凸輪嚙合，實現(xiàn)了輸出運動的間歇轉(zhuǎn)位運動，為各種機(jī)械設(shè)備提供了精確的分度控制。2.1.3工作原理示例以高速沖床中的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)為例，在高速沖床的工作過程中，電機(jī)通過皮帶、齒輪等傳動裝置帶動弧面凸輪高速旋轉(zhuǎn)?；∶嫱馆喌倪B續(xù)轉(zhuǎn)動通過凸脊與滾子的嚙合，轉(zhuǎn)化為分度盤的間歇轉(zhuǎn)位運動。分度盤上安裝著沖床的模具或工件，隨著分度盤的間歇轉(zhuǎn)動，模具或工件被準(zhǔn)確地送到?jīng)_床的沖壓位置，完成沖壓加工。在這個過程中，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的高精度和高可靠性發(fā)揮了關(guān)鍵作用。由于其能夠?qū)崿F(xiàn)精確的間歇轉(zhuǎn)位運動，確保了模具或工件在沖壓過程中的位置精度，從而提高了沖床的加工精度和生產(chǎn)效率。同時，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的高承載能力和穩(wěn)定性，也能夠適應(yīng)高速沖床在工作過程中產(chǎn)生的巨大沖擊力和振動，保證了沖床的長期穩(wěn)定運行。再如在自動化裝配線上，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)用于將零部件準(zhǔn)確地輸送到裝配位置?；∶嫱馆喌霓D(zhuǎn)動帶動分度盤間歇轉(zhuǎn)動，分度盤上的工裝夾具依次將零部件送到裝配工位，實現(xiàn)零部件的自動化裝配。這不僅提高了裝配效率，還減少了人工操作帶來的誤差，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。2.2弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的特性2.2.1結(jié)構(gòu)特性弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相對簡單，主要由弧面凸輪、分度盤和滾子構(gòu)成，這種簡潔的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得其在實際應(yīng)用中具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。在高速沖床、加工中心等設(shè)備中，該機(jī)構(gòu)能夠長時間穩(wěn)定運行，為設(shè)備的高效工作提供了有力保障。該機(jī)構(gòu)的剛性良好，由于其主要部件采用了高強(qiáng)度的材料制造，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計上充分考慮了力學(xué)性能，使得機(jī)構(gòu)在承受較大載荷時仍能保持良好的形狀和位置精度。這一特性使得弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)具有較大的承載能力，能夠滿足各種重載工況的需求。在大型機(jī)械設(shè)備中，如重型機(jī)床、工程機(jī)械等，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)能夠可靠地傳遞動力，實現(xiàn)精確的分度運動?；∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)與圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)一樣，具有脊型和槽型兩種基本結(jié)構(gòu)形式。在脊型結(jié)構(gòu)中，當(dāng)輸出運動靜止時，由兩個相鄰的滾子騎在凸輪的凸脊上，使從動盤保持確定的位置。這種結(jié)構(gòu)形式在分度數(shù)較少時應(yīng)用較為廣泛，因為其凸輪加工相對簡單，能夠降低制造成本。在一些簡單的自動化設(shè)備中，如小型包裝機(jī)、簡易裝配生產(chǎn)線等，常采用脊型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)。而在槽型結(jié)構(gòu)中，輸出運動靜止時，一個滾子處于凸輪的溝槽內(nèi)，兩相鄰的滾子騎在兩邊的凸脊上使從動盤定位。當(dāng)分度數(shù)較多時，脊型形式在預(yù)緊時易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，此時多采用槽型形式。槽型結(jié)構(gòu)能夠更好地適應(yīng)分度數(shù)較多的情況，提高機(jī)構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性。在一些高精度、高要求的設(shè)備中，如精密加工中心、電子元件制造設(shè)備等，常采用槽型弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)。2.2.2運動特性弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)具有分度范圍寬的顯著特點，其分度數(shù)n通常在1???24之間，特殊情況下，甚至可以做到n=0.5，即從動盤每轉(zhuǎn)兩圈停歇一次。這種寬泛的分度范圍使得弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)能夠滿足各種不同的工作需求，具有很強(qiáng)的通用性。在不同的生產(chǎn)線上，根據(jù)產(chǎn)品的加工工藝和生產(chǎn)要求，可以靈活選擇合適的分度數(shù)，實現(xiàn)精確的分度運動。該機(jī)構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中非常平穩(wěn)，這主要得益于其獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計和運動傳遞方式?；∶嫱馆喤c滾子之間的嚙合為滾動摩擦，減少了運動過程中的沖擊和振動，使得分度盤的轉(zhuǎn)動更加平穩(wěn)。同時，通過合理設(shè)計凸輪的輪廓曲線和運動參數(shù)，可以進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)構(gòu)的運動性能，降低運動過程中的加速度和慣性力，從而提高機(jī)構(gòu)的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。在高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備中，如高速沖床、高速包裝機(jī)等，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)特性能夠有效減少設(shè)備的磨損和噪聲，提高設(shè)備的使用壽命和工作效率?；∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)的精度較高，分度精度可達(dá)\pm15''???30''。這一高精度特性使得該機(jī)構(gòu)在對分度精度要求較高的場合得到了廣泛應(yīng)用。在電子制造、精密儀器制造等領(lǐng)域，需要對零部件進(jìn)行精確的定位和分度，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)能夠滿足這些高精度的要求，確保產(chǎn)品的加工質(zhì)量和性能。分度精度受多種因素的影響，其中制造精度是關(guān)鍵因素之一。凸輪和分度盤的加工精度直接關(guān)系到機(jī)構(gòu)的分度精度，若加工過程中存在誤差，如凸輪輪廓的形狀誤差、滾子的尺寸誤差等，會導(dǎo)致凸輪與滾子之間的嚙合不準(zhǔn)確，從而影響分度精度。裝配精度也對分度精度有著重要影響，在裝配過程中，若各部件的安裝位置不準(zhǔn)確，如凸輪與分度盤的軸線不垂直、滾子的安裝偏心等，會使機(jī)構(gòu)在運動過程中產(chǎn)生附加的力和力矩，進(jìn)而降低分度精度。此外，使用過程中的磨損、潤滑條件以及工作環(huán)境的溫度、濕度等因素，也會對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的分度精度產(chǎn)生一定的影響。2.2.3動力學(xué)特性在弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的運動過程中，其受力情況較為復(fù)雜。凸輪與滾子之間存在接觸力，這個接觸力的大小和方向隨著凸輪的轉(zhuǎn)動而不斷變化。當(dāng)凸輪推動滾子使分度盤轉(zhuǎn)動時，接觸力的切向分力驅(qū)動滾子和分度盤運動，而法向分力則使凸輪與滾子之間產(chǎn)生壓緊作用。在分度盤的停歇階段，凸輪與滾子之間的接觸力主要用于保持分度盤的靜止位置。此外，由于機(jī)構(gòu)在運動過程中存在加速度和慣性力，這些力會對機(jī)構(gòu)的零部件產(chǎn)生附加的載荷。在高速運轉(zhuǎn)的情況下，加速度和慣性力會顯著增大，對機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度提出了更高的要求。若機(jī)構(gòu)的零部件強(qiáng)度不足，可能會在這些力的作用下發(fā)生變形、損壞等問題，影響機(jī)構(gòu)的正常運行。動力學(xué)特性對機(jī)構(gòu)性能有著重要的影響。良好的動力學(xué)性能可以保證機(jī)構(gòu)在高速運轉(zhuǎn)時的穩(wěn)定性和可靠性，減少振動和噪聲，提高機(jī)構(gòu)的工作效率和使用壽命。相反，若動力學(xué)性能不佳，機(jī)構(gòu)在運動過程中可能會出現(xiàn)較大的振動和沖擊，導(dǎo)致零部件的磨損加劇、壽命縮短，甚至可能引發(fā)設(shè)備故障，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。因此，在設(shè)計弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)時，需要充分考慮動力學(xué)特性，通過合理設(shè)計機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、運動參數(shù)以及選擇合適的材料和潤滑方式，來優(yōu)化機(jī)構(gòu)的動力學(xué)性能，確保機(jī)構(gòu)能夠在各種工況下穩(wěn)定、可靠地運行。2.3弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域由于弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動精度高、運動平穩(wěn)等優(yōu)點，在現(xiàn)代工業(yè)的眾多領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，為各行業(yè)的自動化生產(chǎn)和高精度加工提供了有力支持。2.3.1自動生產(chǎn)線在電池自動生產(chǎn)線中，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它能夠精確控制電池在生產(chǎn)線上的間歇輸送與定位，確保電池在各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的位置準(zhǔn)確無誤。在電池的組裝過程中，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)將電池電芯、電極等零部件準(zhǔn)確地輸送到裝配工位，保證了裝配的精度和效率。同時，其高精度的分度能力還能有效提高電池的生產(chǎn)質(zhì)量，減少次品率。在電器制造裝配自動生產(chǎn)線中，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)同樣不可或缺。它可實現(xiàn)電器零部件的精確分度和定位，提高裝配效率和質(zhì)量。在電視機(jī)的裝配過程中，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)將電視機(jī)的外殼、電路板、顯示屏等零部件依次輸送到裝配位置，使工人能夠快速、準(zhǔn)確地完成裝配工作。其高效的分度運動使得生產(chǎn)線的節(jié)拍加快，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。2.3.2機(jī)床加工中心在加工中心換刀裝置中，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確的換刀動作。當(dāng)加工中心需要更換刀具時，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)能夠迅速將刀庫中的刀具旋轉(zhuǎn)到指定位置，然后通過機(jī)械手將刀具準(zhǔn)確地安裝到主軸上。這一過程不僅速度快，而且定位精度高，大大縮短了換刀時間，提高了加工效率。在加工復(fù)雜零件時，需要頻繁更換刀具，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的快速換刀功能能夠確保加工過程的連續(xù)性，減少因換刀而導(dǎo)致的停機(jī)時間，提高了機(jī)床的利用率。此外，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的高精度特性還能保證換刀的準(zhǔn)確性，避免因換刀誤差而影響加工精度。在精密模具的加工中，對刀具的安裝精度要求極高，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)能夠滿足這一要求，為精密模具的加工提供了可靠的保障。2.3.3包裝機(jī)械在洗衣粉自動計量包裝機(jī)中，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了物料的精準(zhǔn)計量和包裝。它通過精確控制分度盤的間歇轉(zhuǎn)動，將定量的洗衣粉準(zhǔn)確地輸送到包裝工位，然后進(jìn)行包裝。在計量過程中，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的高精度分度確保了每次輸送的洗衣粉量一致，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。在包裝過程中，其平穩(wěn)的運動特性使得包裝動作更加流暢，提高了包裝效率和質(zhì)量。在食品包裝機(jī)械中，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)用于實現(xiàn)食品的間歇輸送和包裝動作。在餅干包裝機(jī)中，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)將餅干準(zhǔn)確地輸送到包裝位置，然后進(jìn)行包裝。它能夠根據(jù)不同的包裝要求，調(diào)整分度盤的轉(zhuǎn)動速度和分度角度，實現(xiàn)對不同規(guī)格餅干的包裝。同時，其高可靠性和穩(wěn)定性保證了包裝機(jī)在長時間運行過程中的正常工作，提高了食品包裝的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。三、弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計理論3.1基本參數(shù)確定3.1.1分度數(shù)與動靜比分度數(shù)n是指分度盤在回轉(zhuǎn)一周的過程中轉(zhuǎn)動或停歇的次數(shù)，它是弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的一個重要參數(shù)，直接由機(jī)械的生產(chǎn)工藝要求決定。在實際應(yīng)用中，常用的分度數(shù)有3???4???5???6???8???10???12???16???24等。不同的分度數(shù)適用于不同的生產(chǎn)場景，例如在自動化裝配線上，若需要將零部件準(zhǔn)確地輸送到多個裝配工位，就需要根據(jù)工位數(shù)量選擇合適的分度數(shù)，以確保每個零部件都能準(zhǔn)確地到達(dá)指定位置。動靜比k則是指凸輪停歇期轉(zhuǎn)角\theta_d與分度期轉(zhuǎn)角\theta_f之比，即k=\frac{\theta_d}{\theta_f}。動靜比反映了機(jī)構(gòu)在一個運動循環(huán)中靜止時間與運動時間的比例關(guān)系，它對機(jī)構(gòu)的運動性能有著重要影響。當(dāng)動靜比k較大時，意味著分度盤在靜止?fàn)顟B(tài)下停留的時間較長，這對于一些需要進(jìn)行精確加工、裝配或檢測的工藝過程非常有利，因為在靜止期間可以有更多的時間來完成這些操作，從而提高工作精度和質(zhì)量。在精密電子元件的裝配過程中，需要將微小的電子元件準(zhǔn)確地放置在電路板上，較大的動靜比可以確保在放置元件時，分度盤處于穩(wěn)定的靜止?fàn)顟B(tài)，避免因分度盤的運動而導(dǎo)致元件放置不準(zhǔn)確。然而，較大的動靜比也會導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的工作效率降低，因為分度盤運動的時間相對較短，單位時間內(nèi)完成的工作循環(huán)次數(shù)減少。相反，當(dāng)動靜比k較小時，分度盤運動的時間相對較長，機(jī)構(gòu)的工作效率會提高，但在運動過程中進(jìn)行精確操作的難度會增加，可能會影響工作精度。因此，在設(shè)計弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)時，需要根據(jù)具體的工作要求和工藝特點，合理選擇動靜比，以平衡工作效率和工作精度之間的關(guān)系。3.1.2分度角與動程角分度角\theta_f是指凸輪在從動件運動時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度，它是描述弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)運動特性的重要參數(shù)之一。在實際設(shè)計中，分度角的取值一般在\frac{2\pi}{3}-\frac{3\pi}{4}之間。在滿足動停比要求的前提下，應(yīng)盡量取較大的值。這是因為較大的分度角可以使凸輪在推動滾子帶動分度盤轉(zhuǎn)動時，有更充足的時間來完成運動的傳遞，從而使分度盤的運動更加平穩(wěn)，減少運動過程中的沖擊和振動。在高速沖床中，較大的分度角可以確保沖床在沖壓過程中，模具能夠準(zhǔn)確地與工件接觸，提高沖壓精度和質(zhì)量。動程角\varphi_f則是指一次轉(zhuǎn)動和停止的一個運動循環(huán)為一個分度，一個分度從動件轉(zhuǎn)過的角度即為動程角。動程角與分度數(shù)密切相關(guān)，其計算公式為\varphi_f=\frac{2\pi}{n}，其中n為分度數(shù)。動程角的大小直接影響著分度盤每次轉(zhuǎn)動的幅度，進(jìn)而影響到機(jī)構(gòu)的工作效率和精度。在自動化生產(chǎn)線中，若需要將產(chǎn)品快速地輸送到下一個工位，就需要較大的動程角，以提高生產(chǎn)效率；而在一些對精度要求較高的場合，如精密儀器的制造中，可能需要較小的動程角，以確保產(chǎn)品的加工精度。分度角和動程角與機(jī)構(gòu)運動規(guī)律有著緊密的聯(lián)系。不同的運動規(guī)律會導(dǎo)致分度角和動程角在運動過程中的變化情況不同，從而影響機(jī)構(gòu)的運動性能。在等速運動規(guī)律下，分度盤在運動過程中的速度保持不變，但在啟動和停止瞬間會產(chǎn)生較大的沖擊，因此需要合理選擇分度角和動程角，以減少這種沖擊對機(jī)構(gòu)的影響。而在正弦加速度運動規(guī)律下，分度盤的運動更加平穩(wěn)，沖擊較小，此時可以根據(jù)具體的工作要求，靈活調(diào)整分度角和動程角，以滿足不同的工作需求。3.1.3凸輪頭數(shù)與滾子數(shù)凸輪頭數(shù)H是指每一個分度時凸輪撥過的滾子數(shù)，它借用了蝸桿螺紋頭數(shù)的概念。常用的凸輪頭數(shù)有單頭H=1、雙頭H=2，多頭H\geq3一般很少使用。凸輪頭數(shù)的選擇會對機(jī)構(gòu)的承載能力和運動平穩(wěn)性產(chǎn)生重要影響。當(dāng)凸輪頭數(shù)增加時，在相同的分度時間內(nèi)，每個凸輪頭所承受的載荷相對減小，從而提高了機(jī)構(gòu)的承載能力。在一些重載工況下，如大型機(jī)械設(shè)備的分度傳動中，可采用雙頭或多頭凸輪來滿足承載要求。然而，凸輪頭數(shù)的增加也會使機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，加工難度增大，同時可能會導(dǎo)致運動平穩(wěn)性下降。因為多個凸輪頭在工作時，由于制造誤差和裝配誤差等因素的影響，可能會出現(xiàn)運動不協(xié)調(diào)的情況，從而產(chǎn)生振動和沖擊。因此，在選擇凸輪頭數(shù)時，需要綜合考慮機(jī)構(gòu)的承載能力、運動平穩(wěn)性以及加工成本等因素。滾子數(shù)m與凸輪頭數(shù)和分度數(shù)之間存在一定的關(guān)系，一般滿足m=Hn，且m通常為偶數(shù)，常用的滾子數(shù)有6???8???10???12???16等。滾子數(shù)的多少同樣會影響機(jī)構(gòu)的承載能力和運動平穩(wěn)性。較多的滾子數(shù)可以使載荷更加均勻地分布在凸輪和滾子之間，從而提高機(jī)構(gòu)的承載能力和運動平穩(wěn)性。在高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備中，如高速包裝機(jī)，較多的滾子數(shù)可以減少滾子與凸輪之間的磨損，提高設(shè)備的使用壽命。但滾子數(shù)過多也會增加機(jī)構(gòu)的尺寸和重量，同時可能會導(dǎo)致滾子之間的相互干涉，影響機(jī)構(gòu)的正常運行。因此，在確定滾子數(shù)時，需要在保證機(jī)構(gòu)承載能力和運動平穩(wěn)性的前提下，合理控制滾子數(shù)，以優(yōu)化機(jī)構(gòu)的性能和成本。3.2廓面方程推導(dǎo)3.2.1坐標(biāo)系建立為了深入研究弧面分度凸輪的廓面方程，首先需要建立合適的坐標(biāo)系。建立固定坐標(biāo)系O-XYZ，其原點O位于凸輪軸與分度盤軸的垂直交錯點處。Z軸與分度盤的軸線重合，正方向指向分度盤的旋轉(zhuǎn)方向；X軸為分度盤與凸輪中心點連線方向，且垂直于凸輪軸線，正方向從凸輪中心指向分度盤中心；Y軸則根據(jù)右手定則確定，與X軸和Z軸相互垂直，正方向向上。同時，建立兩個動坐標(biāo)系。動坐標(biāo)系O_1-X_1Y_1Z_1與分度盤固聯(lián)，原點O_1位于分度盤的中心，X_1軸與滾子中心線重合，正方向指向滾子的外側(cè)；Y_1軸和Z_1軸同樣根據(jù)右手定則確定，分別與X_1軸垂直，Y_1軸在分度盤的平面內(nèi)，Z_1軸與分度盤的軸線平行。另一個動坐標(biāo)系O_2-X_2Y_2Z_2與凸輪軸固聯(lián)，原點O_2位于凸輪軸的中心，Y_2軸與凸輪的幾何軸線重合，正方向與凸輪的旋轉(zhuǎn)方向一致；X_2軸和Z_2軸根據(jù)右手定則確定，X_2軸垂直于Y_2軸，且在凸輪的橫截面內(nèi)，Z_2軸與X_2軸和Y_2軸都垂直。在這些坐標(biāo)系中，a表示分度盤軸與凸輪軸之間的中心距，它是一個重要的幾何參數(shù)，直接影響著弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動性能；H為滾子端面到分度盤轉(zhuǎn)動中心O_1之間的距離，它決定了滾子在分度盤上的位置；l為滾子的軸向長度，反映了滾子的尺寸大??；r為滾子的半徑，是滾子的關(guān)鍵尺寸之一；\theta與\varphi分別為凸輪與分度盤的瞬時轉(zhuǎn)角，它們描述了凸輪和分度盤在運動過程中的位置變化。3.2.2基于空間嚙合原理的推導(dǎo)弧面分度凸輪的工作曲面輪廓為凸脊?fàn)?，是通過與其嚙合傳動的分度盤上的柱面滾子，按給定的運動規(guī)律互相包絡(luò)而形成的不可展的空間復(fù)雜曲面?；诳臻g嚙合原理，利用旋轉(zhuǎn)變換法來推導(dǎo)弧面分度凸輪的廓面方程。以左旋弧面分度凸輪為例，由于弧面凸輪與圓柱滾子作共軛嚙合傳動，根據(jù)空間包絡(luò)曲面的共軛嚙合原理，凸輪工作廓面與分度盤的滾子間在共軛接觸點處必須重合并相切。設(shè)圓柱滾子上的共軛接觸點P在坐標(biāo)系O_1-X_1Y_1Z_1中的矢量表達(dá)式為：\vec{R}_1=H\cos\beta\vec{i}_1+H\sin\beta\vec{j}_1+r\vec{k}_1其中，\beta為滾子曲面上接觸點相對于Y_1軸方向的夾角，\vec{i}_1、\vec{j}_1、\vec{k}_1分別為坐標(biāo)系O_1-X_1Y_1Z_1中X_1、Y_1、Z_1軸的單位矢量。將坐標(biāo)系O_1-X_1Y_1Z_1繞Z軸逆時針旋轉(zhuǎn)\varphi角，根據(jù)旋轉(zhuǎn)變換矩陣的知識，得到矢量\vec{R}_1變換到坐標(biāo)系O-XYZ中的坐標(biāo)為：\begin{pmatrix}X\\Y\\Z\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}\cos\varphi&-\sin\varphi&0\\\sin\varphi&\cos\varphi&0\\0&0&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}H\cos\beta\\H\sin\beta\\r\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}H\cos\beta\cos\varphi-H\sin\beta\sin\varphi\\H\cos\beta\sin\varphi+H\sin\beta\cos\varphi\\r\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}H\cos(\beta+\varphi)\\H\sin(\beta+\varphi)\\r\end{pmatrix}接著，將坐標(biāo)系O-XYZ平移\vec{\alpha}=(a,0,0)^T，再以Y_2為軸，逆時針旋轉(zhuǎn)\theta角，得到\vec{R}在坐標(biāo)系O_2-X_2Y_2Z_2中的坐標(biāo)。平移變換矩陣為\begin{pmatrix}1&0&0&a\\0&1&0&0\\0&0&1&0\\0&0&0&1\end{pmatrix}，旋轉(zhuǎn)變換矩陣為\begin{pmatrix}\cos\theta&0&\sin\theta&0\\0&1&0&0\\-\sin\theta&0&\cos\theta&0\\0&0&0&1\end{pmatrix}，經(jīng)過兩次變換后可得：\begin{pmatrix}X_2\\Y_2\\Z_2\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}\cos\theta&0&\sin\theta\\0&1&0\\-\sin\theta&0&\cos\theta\end{pmatrix}\begin{pmatrix}H\cos(\beta+\varphi)+a\\H\sin(\beta+\varphi)\\r\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}(H\cos(\beta+\varphi)+a)\cos\theta+r\sin\theta\\H\sin(\beta+\varphi)\\-(H\cos(\beta+\varphi)+a)\sin\theta+r\cos\theta\end{pmatrix}通過上述一系列的坐標(biāo)變換和推導(dǎo)，最終得到了弧面分度凸輪在坐標(biāo)系O_2-X_2Y_2Z_2中的廓面方程。這個方程準(zhǔn)確地描述了弧面分度凸輪的廓面形狀，為后續(xù)對凸輪機(jī)構(gòu)的運動分析、動力學(xué)研究以及CAD系統(tǒng)的開發(fā)提供了重要的理論基礎(chǔ)。3.2.3方程驗證與分析為了驗證所推導(dǎo)的弧面分度凸輪廓面方程的正確性，選取一個具體的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)實例進(jìn)行計算。已知該機(jī)構(gòu)的分度數(shù)n=8，凸輪頭數(shù)H=1，中心距a=100mm，滾子半徑r=10mm，滾子端面到分度盤轉(zhuǎn)動中心的距離H=50mm。運用Matlab軟件進(jìn)行編程計算，根據(jù)給定的參數(shù)和推導(dǎo)出的廓面方程，計算出凸輪廓面上一系列點的坐標(biāo)。然后，利用Matlab的繪圖功能，將這些點繪制出來，得到弧面分度凸輪的廓面曲線。將繪制出的廓面曲線與理論分析結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)兩者高度吻合，從而驗證了廓面方程的正確性。通過對廓面方程的分析，可以深入了解弧面分度凸輪的幾何特性。從方程中可以看出，凸輪廓面的形狀與中心距a、滾子半徑r、滾子端面到分度盤轉(zhuǎn)動中心的距離H以及凸輪和分度盤的瞬時轉(zhuǎn)角\theta、\varphi密切相關(guān)。當(dāng)這些參數(shù)發(fā)生變化時，凸輪廓面的形狀也會相應(yīng)地改變。中心距a的增大，會使凸輪的廓面變得更加平緩，從而影響凸輪與滾子之間的接觸力和運動傳遞效率；滾子半徑r的變化，則會直接影響凸輪與滾子之間的接觸面積和磨損情況。通過對廓面方程的分析，還可以進(jìn)一步研究凸輪的壓力角、曲率等重要幾何參數(shù)的變化規(guī)律，為弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供有力的依據(jù)。3.3壓力角與曲率分析3.3.1壓力角計算壓力角是衡量弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)受力情況和傳動性能的關(guān)鍵參數(shù)，其大小直接影響著機(jī)構(gòu)的傳動效率和運動平穩(wěn)性。在弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)中，壓力角是指在凸輪廓面與滾子的接觸點處，凸輪輪廓的法線方向與該點速度方向所夾的銳角。根據(jù)空間嚙合原理和坐標(biāo)變換法，可推導(dǎo)出弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角計算公式。設(shè)固定坐標(biāo)系O-XYZ與機(jī)架相連，Z軸與分度盤軸線重合，X軸為分度盤與凸輪中心點連線方向，垂直凸輪軸線；動坐標(biāo)系O_1-X_1Y_1Z_1與分度盤固聯(lián)，X_1軸與滾子中心線重合；動坐標(biāo)系O_2-X_2Y_2Z_2與凸輪軸固聯(lián)，Y_2軸與凸輪幾何軸線重合。通過對凸輪與滾子嚙合點的速度分析以及矢量運算，得到壓力角\alpha的計算公式為：\tan\alpha=\frac{v_{t2}-v_{t1}}{v_{n}}其中，v_{t2}為凸輪在嚙合點處的切向速度，v_{t1}為滾子在嚙合點處的切向速度，v_{n}為嚙合點處的法向速度。這些速度分量可通過凸輪和分度盤的角速度、轉(zhuǎn)角以及機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)計算得出。壓力角對機(jī)構(gòu)傳動效率有著顯著影響。當(dāng)壓力角增大時，在相同的驅(qū)動力作用下，凸輪推動滾子所需的切向力會增大，從而導(dǎo)致摩擦力增大，傳動效率降低。當(dāng)壓力角過大時，可能會使機(jī)構(gòu)出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，無法正常工作。在設(shè)計弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)時，通常需要限制壓力角的最大值，以確保機(jī)構(gòu)具有較高的傳動效率。一般來說，壓力角的許用值應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要求、載荷情況以及潤滑條件等因素來確定，在高速、重載的場合，壓力角的許用值應(yīng)相對較小。壓力角還會影響機(jī)構(gòu)的運動平穩(wěn)性。較大的壓力角會使機(jī)構(gòu)在運動過程中產(chǎn)生較大的慣性力和沖擊力，導(dǎo)致振動和噪聲增大，影響機(jī)構(gòu)的運動平穩(wěn)性和工作精度。在一些對運動平穩(wěn)性要求較高的設(shè)備中，如精密儀器、電子制造設(shè)備等，需要嚴(yán)格控制壓力角的大小，以保證機(jī)構(gòu)的高精度和低振動運行。3.3.2曲率分析凸輪廓面的曲率是描述凸輪廓面形狀變化的重要參數(shù)，對刀具選擇和加工工藝的制定具有重要指導(dǎo)意義。在弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪廓面為復(fù)雜的空間不可展曲面，其曲率變化規(guī)律較為復(fù)雜。利用微分幾何的方法，可對弧面分度凸輪廓面的曲率進(jìn)行分析。在上述建立的坐標(biāo)系基礎(chǔ)上，通過對廓面方程進(jìn)行求導(dǎo)和運算，得到凸輪廓面在不同點處的主曲率和高斯曲率。主曲率反映了曲面在某一方向上的彎曲程度，而高斯曲率則綜合描述了曲面的整體彎曲特性。通過分析可知，凸輪廓面的曲率在不同位置和方向上存在較大差異。在凸輪的分度段，由于需要實現(xiàn)滾子的平穩(wěn)推動和分度盤的精確轉(zhuǎn)動，凸輪廓面的曲率變化較為平緩，以保證滾子與凸輪之間的良好接觸和運動傳遞。而在凸輪的停歇段，為了確保分度盤的準(zhǔn)確定位，凸輪廓面的曲率可能會發(fā)生較大變化，以提供足夠的定位力。凸輪廓面的曲率變化規(guī)律對刀具選擇有著重要影響。當(dāng)凸輪廓面的曲率半徑較小時，需要選擇直徑較小的刀具，以保證刀具能夠準(zhǔn)確地加工出凸輪廓面的形狀。若刀具直徑過大，可能會導(dǎo)致加工不到位，產(chǎn)生加工誤差。而當(dāng)凸輪廓面的曲率半徑較大時，則可以選擇直徑較大的刀具，提高加工效率。在加工過程中，還需要考慮刀具的切削刃形狀和切削性能，以適應(yīng)凸輪廓面的曲率變化，保證加工質(zhì)量。曲率分析結(jié)果也為加工工藝的制定提供了依據(jù)。根據(jù)凸輪廓面的曲率變化，合理選擇加工工藝參數(shù)，如切削速度、進(jìn)給量、切削深度等，以優(yōu)化加工過程，提高加工精度和效率。在曲率變化較大的區(qū)域，可以適當(dāng)降低切削速度和進(jìn)給量，增加切削深度，以減小加工力和加工誤差；而在曲率變化較小的區(qū)域，則可以適當(dāng)提高切削速度和進(jìn)給量，提高加工效率。3.3.3優(yōu)化措施為了提高弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的性能，需要采取一系列優(yōu)化措施來減小壓力角和控制曲率。在減小壓力角方面，可以通過優(yōu)化機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)來實現(xiàn)。適當(dāng)增大中心距a，可以使凸輪與滾子之間的接觸力分布更加均勻，從而減小壓力角。在設(shè)計時，可以根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要求和空間限制，合理調(diào)整中心距的大小，以達(dá)到減小壓力角的目的。增加滾子的半徑r也可以有效地減小壓力角。較大的滾子半徑可以使?jié)L子與凸輪之間的接觸點更加靠近滾子的中心，從而減小接觸點處的切向力，降低壓力角。但需要注意的是，滾子半徑的增大也會受到機(jī)構(gòu)空間和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，需要在設(shè)計時綜合考慮。合理選擇凸輪的運動規(guī)律也能有效減小壓力角。不同的運動規(guī)律會導(dǎo)致凸輪在運動過程中的速度和加速度變化不同，從而影響壓力角的大小。在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要求和性能指標(biāo)，選擇合適的運動規(guī)律。正弦加速度運動規(guī)律具有速度和加速度變化連續(xù)、平穩(wěn)的特點，能夠有效地減小壓力角和運動沖擊，適用于對運動平穩(wěn)性要求較高的場合。在控制曲率方面，可根據(jù)凸輪廓面的曲率變化規(guī)律，采用變曲率刀具進(jìn)行加工。變曲率刀具的切削刃形狀可以根據(jù)凸輪廓面的曲率變化進(jìn)行調(diào)整，從而更好地適應(yīng)凸輪廓面的加工要求，提高加工精度和質(zhì)量。在加工過程中，通過數(shù)控系統(tǒng)精確控制刀具的運動軌跡和切削參數(shù)，確保刀具能夠按照設(shè)計要求準(zhǔn)確地加工出凸輪廓面的形狀。優(yōu)化加工工藝也是控制曲率的重要措施。在加工前，對毛坯進(jìn)行合理的預(yù)處理，如鍛造、熱處理等，以改善毛坯的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，減少加工過程中的變形和殘余應(yīng)力。在加工過程中，采用合適的冷卻潤滑方式，降低切削溫度，減少刀具磨損，保證加工精度。同時，合理安排加工工序，采用粗加工、半精加工和精加工相結(jié)合的方式，逐步提高凸輪廓面的加工精度和表面質(zhì)量。四、弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)的構(gòu)建4.1CAD系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計4.1.1系統(tǒng)功能模塊劃分本CAD系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計理念，將系統(tǒng)劃分為參數(shù)輸入、設(shè)計計算、三維建模、運動仿真和數(shù)據(jù)管理等功能模塊，各模塊之間相互協(xié)作，共同實現(xiàn)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計與分析。參數(shù)輸入模塊是用戶與系統(tǒng)交互的入口，其主要功能是接收用戶輸入的設(shè)計參數(shù)。這些參數(shù)涵蓋了弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)，如分度數(shù)、動靜比、分度角、動程角、凸輪頭數(shù)、滾子數(shù)等，這些參數(shù)直接決定了機(jī)構(gòu)的運動特性和幾何形狀。同時，還包括滾子半徑、滾子長度、中心距等結(jié)構(gòu)參數(shù)，這些參數(shù)影響著機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和運動平穩(wěn)性。此外，用戶還可以輸入凸輪的運動規(guī)律參數(shù)，如等速運動、等加速等減速運動、正弦加速度運動等不同運動規(guī)律的相關(guān)參數(shù)，以滿足不同的工作需求。在實際應(yīng)用中，用戶根據(jù)具體的設(shè)計要求，在參數(shù)輸入模塊中準(zhǔn)確輸入這些參數(shù)，為后續(xù)的設(shè)計計算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。設(shè)計計算模塊是CAD系統(tǒng)的核心模塊之一，它依據(jù)用戶輸入的參數(shù)以及弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計理論，進(jìn)行一系列復(fù)雜的計算。該模塊首先根據(jù)分度數(shù)、動靜比等參數(shù)計算出凸輪的分度期轉(zhuǎn)角、停歇期轉(zhuǎn)角等運動參數(shù)，這些參數(shù)描述了凸輪在運動過程中的時間和角度分配，對于分析機(jī)構(gòu)的運動特性至關(guān)重要。接著，運用空間嚙合原理和坐標(biāo)變換法，計算弧面分度凸輪的工作廓面方程，該方程精確地描述了凸輪的廓面形狀，是后續(xù)三維建模和加工制造的重要依據(jù)。同時，還會計算嚙合方程，以確定凸輪與滾子在嚙合過程中的相對位置和運動關(guān)系。此外，設(shè)計計算模塊還會計算壓力角、曲率等重要參數(shù)，壓力角反映了機(jī)構(gòu)的受力情況和傳動效率，曲率則影響著刀具的選擇和加工工藝。通過這些計算，為后續(xù)的設(shè)計和分析提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。三維建模模塊借助專業(yè)的三維建模軟件，如SolidWorks、UG等，根據(jù)設(shè)計計算模塊得到的廓面方程和其他幾何參數(shù)，構(gòu)建弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的三維實體模型。在建模過程中，首先創(chuàng)建凸輪的三維模型，通過精確輸入廓面方程和相關(guān)尺寸參數(shù)，生成具有準(zhǔn)確形狀和尺寸的凸輪實體。然后，創(chuàng)建分度盤和滾子的三維模型，并根據(jù)機(jī)構(gòu)的裝配關(guān)系，將它們準(zhǔn)確地裝配在一起，形成完整的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)三維模型。在創(chuàng)建凸輪模型時，利用軟件的曲面建模功能，根據(jù)廓面方程生成復(fù)雜的曲面形狀，再通過拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作，將曲面轉(zhuǎn)化為實體。通過三維建模，用戶可以直觀地觀察到弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和形狀，為后續(xù)的運動仿真和分析提供了可視化的模型。運動仿真模塊集成了專業(yè)的運動仿真軟件，如ADAMS、ANSYS等，對三維建模模塊生成的三維實體模型進(jìn)行運動仿真分析。在仿真過程中，設(shè)置凸輪的運動參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向等，模擬凸輪在實際工作中的運動狀態(tài)。通過運動仿真，可以直觀地觀察到機(jī)構(gòu)在運動過程中的運動軌跡、速度、加速度等參數(shù)的變化情況，檢測機(jī)構(gòu)是否存在干涉現(xiàn)象，評估機(jī)構(gòu)的運動性能。在設(shè)置凸輪轉(zhuǎn)速為100r/min時，通過運動仿真可以觀察到分度盤在不同時刻的運動速度和加速度，以及凸輪與滾子之間的接觸情況，從而判斷機(jī)構(gòu)的運動是否平穩(wěn)，是否存在干涉風(fēng)險。運動仿真結(jié)果可以為設(shè)計方案的優(yōu)化提供重要參考，幫助設(shè)計人員及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行改進(jìn)。數(shù)據(jù)管理模塊負(fù)責(zé)對系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括用戶輸入的設(shè)計參數(shù)、設(shè)計計算結(jié)果、三維模型數(shù)據(jù)以及運動仿真數(shù)據(jù)等。該模塊采用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如MySQL、SQLServer等，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、查詢、更新和備份。通過數(shù)據(jù)管理模塊，用戶可以方便地對歷史設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和分析，為新的設(shè)計提供參考。同時，數(shù)據(jù)管理模塊還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行安全管理，設(shè)置用戶權(quán)限，保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性。在查詢歷史設(shè)計數(shù)據(jù)時，用戶可以根據(jù)不同的條件，如設(shè)計時間、分度數(shù)等，快速檢索到相關(guān)的設(shè)計數(shù)據(jù)，對比不同設(shè)計方案的優(yōu)缺點，為當(dāng)前的設(shè)計提供借鑒。4.1.2模塊間的數(shù)據(jù)交互各功能模塊之間通過數(shù)據(jù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和共享，確保系統(tǒng)的協(xié)同工作。參數(shù)輸入模塊將用戶輸入的設(shè)計參數(shù)傳遞給設(shè)計計算模塊，這些參數(shù)是設(shè)計計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。設(shè)計計算模塊根據(jù)輸入的參數(shù)進(jìn)行計算，得到弧面分度凸輪的廓面方程、嚙合方程、壓力角、曲率等計算結(jié)果，并將這些結(jié)果傳遞給三維建模模塊和運動仿真模塊。在計算得到廓面方程后，設(shè)計計算模塊將廓面方程的數(shù)據(jù)傳遞給三維建模模塊，三維建模模塊利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)建凸輪的三維模型。三維建模模塊根據(jù)設(shè)計計算模塊提供的計算結(jié)果，生成弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的三維實體模型，并將模型數(shù)據(jù)傳遞給運動仿真模塊。運動仿真模塊接收三維建模模塊傳遞的模型數(shù)據(jù)，以及設(shè)計計算模塊傳遞的運動參數(shù)等信息，進(jìn)行運動仿真分析。運動仿真模塊將仿真結(jié)果，如運動軌跡、速度、加速度等數(shù)據(jù)，反饋給用戶，同時也可以將這些結(jié)果傳遞給設(shè)計計算模塊，為設(shè)計方案的優(yōu)化提供參考。在運動仿真過程中，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)存在干涉現(xiàn)象，運動仿真模塊將干涉信息反饋給設(shè)計計算模塊，設(shè)計計算模塊可以根據(jù)這些信息調(diào)整設(shè)計參數(shù)，重新進(jìn)行計算和分析。數(shù)據(jù)管理模塊則負(fù)責(zé)對各模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。它接收參數(shù)輸入模塊、設(shè)計計算模塊、三維建模模塊和運動仿真模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。在用戶需要查詢歷史設(shè)計數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)管理模塊從數(shù)據(jù)庫中檢索相關(guān)數(shù)據(jù)，并將其提供給用戶。數(shù)據(jù)管理模塊還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和恢復(fù)，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，數(shù)據(jù)管理模塊可以利用備份數(shù)據(jù)快速恢復(fù)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的正常運行。通過各模塊之間的數(shù)據(jù)交互和協(xié)同工作，實現(xiàn)了弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)從參數(shù)輸入到設(shè)計計算、三維建模、運動仿真以及數(shù)據(jù)管理的一體化流程，提高了設(shè)計效率和質(zhì)量。4.2基于三維軟件平臺的建模實現(xiàn)4.2.1軟件平臺選擇在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域，有多種三維軟件可供選擇，如SolidWorks、UG、Pro/E、CATIA等，它們各自具有獨特的特點和優(yōu)勢。SolidWorks以其操作簡單、界面友好而備受青睞。它提供了豐富的三維建模工具，能夠快速創(chuàng)建各種復(fù)雜的實體模型。在創(chuàng)建機(jī)械零件時，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等基本操作，即可輕松構(gòu)建出零件的三維形狀。其參數(shù)化設(shè)計功能強(qiáng)大，用戶只需修改相關(guān)參數(shù)，就能快速更新模型，大大提高了設(shè)計效率。在設(shè)計弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)時，用戶可以方便地輸入凸輪的各項參數(shù)，如分度數(shù)、凸輪頭數(shù)、滾子半徑等，軟件會自動根據(jù)這些參數(shù)生成相應(yīng)的三維模型。同時，SolidWorks還具備良好的裝配功能，能夠?qū)⒒∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)的各個零部件準(zhǔn)確地裝配在一起，形成完整的機(jī)構(gòu)模型。UG則在模具設(shè)計、數(shù)控加工等領(lǐng)域表現(xiàn)出色。它擁有強(qiáng)大的曲面建模功能，能夠精確地構(gòu)建出復(fù)雜的曲面形狀，非常適合用于設(shè)計弧面分度凸輪這種具有復(fù)雜廓面的零件。在構(gòu)建弧面分度凸輪的廓面時，UG可以通過曲線擬合、曲面縫合等操作，生成高精度的曲面模型。UG還提供了豐富的分析工具，如運動分析、結(jié)構(gòu)分析等，能夠?qū)∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)的運動性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行深入分析，為設(shè)計優(yōu)化提供有力支持。Pro/E以其參數(shù)化設(shè)計和全相關(guān)性而聞名。在Pro/E中，所有的設(shè)計參數(shù)都是相互關(guān)聯(lián)的，當(dāng)一個參數(shù)發(fā)生變化時，整個模型會自動更新，確保了設(shè)計的一致性和準(zhǔn)確性。在設(shè)計弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)時，用戶可以通過修改參數(shù)來快速調(diào)整模型的尺寸和形狀，同時，Pro/E還提供了強(qiáng)大的運動仿真功能，能夠模擬弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)在實際工作中的運動情況，幫助用戶及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題。CATIA則在航空航天、汽車制造等高端領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其曲面設(shè)計和裝配設(shè)計功能尤為突出。它能夠處理非常復(fù)雜的幾何形狀和大型裝配體，對于設(shè)計高精度、高復(fù)雜度的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)具有很大的優(yōu)勢。在設(shè)計航空發(fā)動機(jī)中的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)時，CATIA可以精確地構(gòu)建出凸輪的復(fù)雜曲面，并且能夠?qū)φ麄€機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的裝配分析，確保機(jī)構(gòu)在高速運轉(zhuǎn)下的可靠性。綜合考慮弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的特點以及各軟件的優(yōu)勢，選擇SolidWorks作為建模軟件平臺?；∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)的設(shè)計需要精確的參數(shù)化控制和方便的裝配功能，SolidWorks的參數(shù)化設(shè)計功能能夠快速根據(jù)輸入?yún)?shù)生成凸輪模型，其友好的界面和豐富的建模工具也便于設(shè)計人員操作。同時，SolidWorks在機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使得其擁有豐富的資源和技術(shù)支持，能夠滿足弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計的需求。4.2.2建模流程在SolidWorks軟件中，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的建模流程包括以下幾個關(guān)鍵步驟：參數(shù)輸入與計算：在SolidWorks的參數(shù)輸入界面，準(zhǔn)確輸入弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的各項參數(shù)，如分度數(shù)、動靜比、分度角、動程角、凸輪頭數(shù)、滾子數(shù)、滾子半徑、滾子長度、中心距等。這些參數(shù)是建模的基礎(chǔ)，直接決定了凸輪機(jī)構(gòu)的形狀和運動特性。在輸入分度數(shù)為8，凸輪頭數(shù)為1，中心距為100mm等參數(shù)后，軟件會根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行后續(xù)的計算和建模。軟件根據(jù)輸入的參數(shù)，依據(jù)弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計理論，計算出凸輪的廓面方程、嚙合方程以及其他相關(guān)的幾何參數(shù)。這些計算結(jié)果將用于后續(xù)的三維模型構(gòu)建。創(chuàng)建凸輪三維模型：利用SolidWorks的曲面建模功能，根據(jù)計算得到的廓面方程，通過繪制曲線、擬合曲面等操作，創(chuàng)建出弧面分度凸輪的工作廓面。在繪制曲線時，根據(jù)廓面方程確定曲線上的關(guān)鍵點，然后使用樣條曲線等工具將這些點連接起來，形成凸輪的輪廓曲線。接著，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作，將輪廓曲線轉(zhuǎn)化為三維曲面。對創(chuàng)建好的曲面進(jìn)行修剪、縫合等處理，使其符合設(shè)計要求，最終得到完整的弧面分度凸輪三維模型。創(chuàng)建分度盤和滾子三維模型：在SolidWorks中，使用拉伸、旋轉(zhuǎn)等基本建模操作，創(chuàng)建分度盤的三維模型。根據(jù)設(shè)計要求，確定分度盤的尺寸和形狀，如直徑、厚度等，然后通過拉伸操作創(chuàng)建出分度盤的主體。在分度盤上，按照設(shè)計的位置和數(shù)量，創(chuàng)建用于安裝滾子的孔或槽。使用旋轉(zhuǎn)操作創(chuàng)建滾子的三維模型，根據(jù)滾子的半徑和長度等參數(shù)，生成滾子的實體模型。將創(chuàng)建好的滾子模型復(fù)制并安裝到分度盤的相應(yīng)位置上，確保滾子與分度盤的裝配關(guān)系準(zhǔn)確無誤。裝配形成完整機(jī)構(gòu)模型：在SolidWorks的裝配模塊中，將創(chuàng)建好的弧面分度凸輪、分度盤和滾子等零部件進(jìn)行裝配。通過添加配合關(guān)系，如重合、同心、平行等，確保各零部件之間的相對位置和運動關(guān)系準(zhǔn)確。將弧面分度凸輪的軸線與分度盤的軸線設(shè)置為垂直交錯關(guān)系，使?jié)L子與凸輪的廓面實現(xiàn)準(zhǔn)確的嚙合。通過裝配，形成完整的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)三維模型，用戶可以在軟件中對其進(jìn)行全方位的觀察和分析。4.2.3模型優(yōu)化與驗證在完成弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)三維模型的建立后，需要對模型進(jìn)行優(yōu)化處理，以提高模型的質(zhì)量和性能。同時，通過干涉檢查和性能分析等手段，驗證模型的準(zhǔn)確性，確保模型能夠滿足實際工程需求。在模型優(yōu)化方面，對模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，檢查模型中是否存在不必要的特征或結(jié)構(gòu)，如過于復(fù)雜的圓角、倒角等，這些特征可能會增加模型的計算量和加工難度。對于一些不影響模型性能的微小特征，可以進(jìn)行簡化或刪除，以提高模型的簡潔性和可加工性。在模型中，某些圓角的半徑設(shè)置較小，對模型的整體性能影響不大，但會增加加工的復(fù)雜性，此時可以適當(dāng)增大圓角半徑，簡化模型結(jié)構(gòu)。對模型的尺寸精度進(jìn)行優(yōu)化，檢查模型的尺寸是否符合設(shè)計要求，是否存在尺寸偏差。在設(shè)計過程中，由于輸入?yún)?shù)的誤差或計算過程中的舍入誤差等原因，可能會導(dǎo)致模型的尺寸與設(shè)計要求存在一定的偏差。通過對模型尺寸的檢查和調(diào)整，確保模型的尺寸精度滿足實際工程需求。使用SolidWorks的測量工具，對模型的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行測量，如凸輪的分度圓直徑、滾子的直徑等，將測量結(jié)果與設(shè)計值進(jìn)行對比，若存在偏差，及時進(jìn)行修正。在模型驗證方面，進(jìn)行干涉檢查是驗證模型準(zhǔn)確性的重要步驟。利用SolidWorks的干涉檢查功能，對裝配好的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行全面檢查，檢測機(jī)構(gòu)在運動過程中各零部件之間是否存在干涉現(xiàn)象。在檢查過程中，軟件會自動檢測出模型中相互干涉的部分，并給出干涉的位置和干涉量等信息。若發(fā)現(xiàn)存在干涉現(xiàn)象，需要對模型進(jìn)行調(diào)整，如修改零部件的尺寸、位置或形狀等，以消除干涉。在檢查中發(fā)現(xiàn)滾子與凸輪的廓面在某一位置存在干涉，此時可以通過調(diào)整滾子的安裝位置或修改凸輪的廓面形狀，使?jié)L子與凸輪能夠正常嚙合，避免干涉的發(fā)生。進(jìn)行性能分析也是驗證模型準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。利用SolidWorks的運動分析模塊，對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行運動仿真，模擬機(jī)構(gòu)在實際工作中的運動情況。在運動仿真過程中，設(shè)置凸輪的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向等運動參數(shù)，觀察機(jī)構(gòu)的運動軌跡、速度、加速度等參數(shù)的變化情況。通過分析這些參數(shù)，評估機(jī)構(gòu)的運動性能是否滿足設(shè)計要求。在運動仿真中，觀察到分度盤的運動速度不均勻，存在較大的波動，此時需要對凸輪的輪廓曲線或運動規(guī)律進(jìn)行調(diào)整，以優(yōu)化機(jī)構(gòu)的運動性能。利用SolidWorks的結(jié)構(gòu)分析模塊，對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，計算機(jī)構(gòu)在承受載荷時各零部件的應(yīng)力、應(yīng)變等參數(shù)，評估機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足要求。在分析中，若發(fā)現(xiàn)某些零部件的應(yīng)力超過了材料的許用應(yīng)力，需要對零部件的材料或結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以提高機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性。4.3運動仿真與分析功能開發(fā)4.3.1運動學(xué)仿真設(shè)置在運動仿真模塊中，首先需要進(jìn)行運動學(xué)仿真設(shè)置。這一過程涉及到多個關(guān)鍵步驟，旨在為機(jī)構(gòu)的運動學(xué)仿真提供準(zhǔn)確的條件和參數(shù)。在SolidWorks軟件的運動算例界面中，明確設(shè)置各零部件之間的運動副類型。對于弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)，將弧面凸輪與機(jī)架之間設(shè)置為轉(zhuǎn)動副，這是因為弧面凸輪在實際工作中圍繞自身軸線做連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)動副能夠準(zhǔn)確地模擬這種運動方式。分度盤與機(jī)架之間同樣設(shè)置為轉(zhuǎn)動副，以模擬分度盤繞其軸線的間歇轉(zhuǎn)動。而在凸輪與滾子之間，設(shè)置為高副，由于凸輪與滾子之間是點或線接觸，高副能夠很好地體現(xiàn)這種接觸關(guān)系以及它們之間的相對運動。在設(shè)置驅(qū)動時，將弧面凸輪的轉(zhuǎn)動設(shè)置為驅(qū)動，給定其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等參數(shù)。轉(zhuǎn)速的設(shè)定需要根據(jù)實際工作需求來確定，在高速沖床中，弧面凸輪的轉(zhuǎn)速可能較高，以滿足快速沖壓的要求；而在一些對速度要求較低的設(shè)備中，轉(zhuǎn)速則會相應(yīng)降低。轉(zhuǎn)向的設(shè)置也至關(guān)重要，它決定了凸輪的旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)而影響整個機(jī)構(gòu)的運動方向。在實際設(shè)置時，根據(jù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求和工作原理，輸入準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速值和確定的轉(zhuǎn)向。為了使運動學(xué)仿真更加接近實際情況，還需要添加必要的約束條件。約束條件能夠限制零部件的運動自由度，確保它們按照預(yù)期的方式運動。在弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)中，添加固定約束，將機(jī)架固定在空間中，使其不能移動和轉(zhuǎn)動，為其他零部件的運動提供穩(wěn)定的參考基準(zhǔn)。添加接觸約束，模擬凸輪與滾子之間的接觸情況，確保它們在運動過程中能夠準(zhǔn)確地相互作用。通過這些約束條件的設(shè)置，使得機(jī)構(gòu)的運動學(xué)仿真更加真實、可靠，能夠準(zhǔn)確地反映機(jī)構(gòu)在實際工作中的運動狀態(tài)。4.3.2動力學(xué)分析在完成運動學(xué)仿真設(shè)置后，對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析，以深入了解機(jī)構(gòu)在運動過程中的受力和能量變化情況，從而全面評估機(jī)構(gòu)的動力學(xué)性能。在動力學(xué)分析過程中，考慮機(jī)構(gòu)各零部件的質(zhì)量、慣性矩等因素，這些因素對機(jī)構(gòu)的動力學(xué)性能有著重要影響。質(zhì)量較大的零部件在運動過程中會產(chǎn)生較大的慣性力，而慣性矩則反映了零部件抵抗轉(zhuǎn)動狀態(tài)改變的能力。在計算弧面凸輪的慣性力時，需要根據(jù)其質(zhì)量和運動加速度來確定。通過對這些因素的綜合考慮，可以更準(zhǔn)確地計算出機(jī)構(gòu)在運動過程中的受力情況。在機(jī)構(gòu)運動過程中，凸輪與滾子之間的接觸力是一個關(guān)鍵的力學(xué)參數(shù)。接觸力的大小和方向隨著凸輪的轉(zhuǎn)動而不斷變化，在分度盤的轉(zhuǎn)動階段，凸輪對滾子施加切向力，驅(qū)動滾子帶動分度盤轉(zhuǎn)動，此時接觸力的切向分力起主要作用；而在分度盤的停歇階段，接觸力主要用于保持分度盤的靜止位置，接觸力的法向分力相對較大。通過動力學(xué)分析，可以得到接觸力在不同時刻的具體數(shù)值和變化曲線，從而深入了解凸輪與滾子之間的相互作用情況。機(jī)構(gòu)在運動過程中還會受到摩擦力的影響，摩擦力的大小與接觸表面的粗糙度、接觸力以及相對運動速度等因素有關(guān)。摩擦力會消耗能量，降低機(jī)構(gòu)的傳動效率，因此在動力學(xué)分析中需要準(zhǔn)確計算摩擦力的大小，并分析其對機(jī)構(gòu)性能的影響。在一些高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備中，摩擦力可能會導(dǎo)致零部件的磨損加劇，甚至影響機(jī)構(gòu)的正常運行，因此需要采取有效的措施來減小摩擦力，如選擇合適的潤滑方式和潤滑材料。對機(jī)構(gòu)的能量變化進(jìn)行分析也是動力學(xué)分析的重要內(nèi)容。在機(jī)構(gòu)運動過程中，動能和勢能會發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。在凸輪的轉(zhuǎn)動過程中，其動能不斷變化，而分度盤在轉(zhuǎn)動和停歇過程中，動能和勢能也會相應(yīng)地改變。通過分析能量的變化情況，可以評估機(jī)構(gòu)的能量利用效率，為機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。若發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)在運動過程中能量損失較大，可通過優(yōu)化機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動參數(shù)，提高能量利用效率，降低能耗。4.3.3結(jié)果輸出與分析運動仿真與分析完成后，系統(tǒng)將輸出仿真結(jié)果，這些結(jié)果以圖表和數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)，為深入分析機(jī)構(gòu)的性能提供了豐富的信息，有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，并為機(jī)構(gòu)的優(yōu)化提供有力依據(jù)。在圖表輸出方面，系統(tǒng)生成位移、速度、加速度等參數(shù)隨時間變化的曲線。通過這些曲線，可以直觀地觀察到機(jī)構(gòu)在運動過程中各參數(shù)的變化趨勢。位移曲線能夠清晰地展示分度盤在不同時刻的位置變化，從而了解其分度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在某一時刻，分度盤的位移出現(xiàn)異常波動，這可能意味著機(jī)構(gòu)存在裝配誤差或零部件磨損等問題，需要進(jìn)一步檢查和分析。速度曲線則反映了分度盤在運動過程中的速度變化情況，對于評估機(jī)構(gòu)的運動平穩(wěn)性具有重要意義。若速度曲線存在較大的波動，說明機(jī)構(gòu)在運動過程中存在速度不均勻的問題，可能會導(dǎo)致運動沖擊和噪聲增大，影響機(jī)構(gòu)的正常運行。加速度曲線能夠顯示機(jī)構(gòu)在啟動、停止和運動過程中的加速度變化，加速度過大可能會對機(jī)構(gòu)的零部件造成較大的沖擊，降低其使用壽命。系統(tǒng)還會輸出接觸力、摩擦力等力學(xué)參數(shù)的圖表。接觸力圖表可以展示凸輪與滾子之間在不同時刻的接觸力大小和方向變化，通過分析這些數(shù)據(jù)，可以了解凸輪與滾子之間的受力情況，判斷是否存在過載或接觸不良等問題。摩擦力圖表則能反映摩擦力在機(jī)構(gòu)運動過程中的變化規(guī)律，為采取有效的潤滑措施提供參考。在數(shù)據(jù)輸出方面，系統(tǒng)提供各參數(shù)在不同時刻的具體數(shù)值，這些數(shù)據(jù)為精確分析機(jī)構(gòu)性能提供了詳細(xì)的信息。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以進(jìn)行更深入的研究。通過計算不同時刻的速度和加速度的平均值、最大值和最小值等統(tǒng)計參數(shù)，評估機(jī)構(gòu)運動的平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性。還可以將這些數(shù)據(jù)與理論計算結(jié)果進(jìn)行對比，驗證理論分析的正確性。若發(fā)現(xiàn)實際數(shù)據(jù)與理論值存在較大偏差，需要進(jìn)一步分析原因，可能是模型建立不準(zhǔn)確、參數(shù)設(shè)置不合理或存在其他未考慮的因素。通過對仿真結(jié)果的全面分析，可以為弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，如調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、優(yōu)化運動規(guī)律或改進(jìn)潤滑方式等，以提高機(jī)構(gòu)的性能和可靠性。五、案例分析5.1某自動化裝配生產(chǎn)線的應(yīng)用案例5.1.1項目需求分析某自動化裝配生產(chǎn)線主要用于電子產(chǎn)品的裝配，生產(chǎn)工藝要求生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高效率的間歇運動，以滿足電子產(chǎn)品零部件的精確裝配需求。在分度數(shù)方面，由于生產(chǎn)線需要將不同類型的零部件依次裝配到產(chǎn)品上，根據(jù)裝配工序的數(shù)量，確定分度數(shù)n=8，以確保每個零部件都能準(zhǔn)確地輸送到相應(yīng)的裝配工位。動靜比的選擇需要綜合考慮裝配工藝和生產(chǎn)效率。在該生產(chǎn)線中，為了保證裝配過程有足夠的時間進(jìn)行零部件的精確放置和調(diào)整，動靜比k設(shè)定為1:1，即凸輪停歇期轉(zhuǎn)角與分度期轉(zhuǎn)角相等。這樣的動靜比設(shè)置能夠使分度盤在靜止?fàn)顟B(tài)下停留足夠長的時間，滿足裝配工藝對精度的要求，同時也不會過多地影響生產(chǎn)效率。在承載能力方面，由于電子產(chǎn)品零部件質(zhì)量較輕，但對裝配精度要求極高，因此要求弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)能夠在保證高精度分度的前提下，穩(wěn)定地傳遞運動。在裝配過程中，即使受到微小的外力干擾，機(jī)構(gòu)也能確保分度盤的位置精度，從而保證零部件的裝配準(zhǔn)確性。該生產(chǎn)線對分度精度要求非常高，分度精度需達(dá)到\pm15''。因為電子產(chǎn)品的零部件尺寸較小，裝配精度直接影響產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。在裝配芯片等微小零部件時，精確的分度能夠確保芯片準(zhǔn)確地安裝在電路板上，避免出現(xiàn)虛焊、短路等問題，提高產(chǎn)品的良品率。此外，由于生產(chǎn)線的工作速度較快，為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，還要求弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)具有良好的動力學(xué)性能，能夠在高速運轉(zhuǎn)下保持平穩(wěn)的運動，減少振動和沖擊，確保生產(chǎn)線的正常運行。5.1.2基于CAD系統(tǒng)的設(shè)計過程在接到該自動化裝配生產(chǎn)線的設(shè)計需求后，運用自主開發(fā)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。首先，在參數(shù)輸入模塊中，準(zhǔn)確輸入設(shè)計參數(shù)。分度數(shù)n=8、動靜比k=1:1、分度角\theta_f根據(jù)動靜比和凸輪一轉(zhuǎn)的總角度計算得出，為\frac{3\pi}{4}，動程角\varphi_f=\frac{2\pi}{n}=\frac{\pi}{4}，凸輪頭數(shù)H=1，滾子數(shù)m=Hn=8，滾子半徑r=10mm，滾子長度l=30mm，中心距a=150mm。同時，根據(jù)生產(chǎn)線的工作要求，選擇正弦加速度運動規(guī)律作為凸輪的運動規(guī)律，以保證機(jī)構(gòu)運動的平穩(wěn)性。設(shè)計計算模塊根據(jù)輸入的參數(shù)，運用弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計理論進(jìn)行計算。通過空間嚙合原理和坐標(biāo)變換法，計算出弧面分度凸輪的工作廓面方程、嚙合方程以及壓力角、曲率等參數(shù)。在計算壓力角時，根據(jù)公式\tan\alpha=\frac{v_{t2}-v_{t1}}{v_{n}}，結(jié)合凸輪和分度盤的角速度、轉(zhuǎn)角以及機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)，得出壓力角在運動過程中的變化范圍，確保壓力角在許用范圍內(nèi)，以保證機(jī)構(gòu)的傳動效率和運動平穩(wěn)性。根據(jù)設(shè)計計算模塊得到的廓面方程和其他幾何參數(shù)，在三維建模模塊中，利用SolidWorks軟件進(jìn)行三維建模。首先創(chuàng)建凸輪的三維模型，通過輸入廓面方程和相關(guān)尺寸參數(shù)，利用軟件的曲面建模功能，生成凸輪的復(fù)雜曲面形狀。然后，使用拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作，將曲面轉(zhuǎn)化為實體。接著，創(chuàng)建分度盤和滾子的三維模型，并按照設(shè)計要求進(jìn)行裝配，形成完整的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)三維模型。在裝配過程中，通過添加重合、同心、平行等配合關(guān)系，確保各零部件之間的相對位置和運動關(guān)系準(zhǔn)確無誤。在運動仿真模塊中，對裝配好的三維模型進(jìn)行運動仿真分析。設(shè)置凸輪的轉(zhuǎn)速為100r/min，轉(zhuǎn)向為順時針方向。添加轉(zhuǎn)動副和高副等運動副，模擬凸輪與滾子之間的相對運動。通過運動仿真，可以直觀地觀察到機(jī)構(gòu)在運動過程中的運動軌跡、速度、加速度等參數(shù)的變化情況。在仿真過程中，密切關(guān)注機(jī)構(gòu)是否存在干涉現(xiàn)象，以及各零部件的運動是否符合設(shè)計要求。5.1.3實際應(yīng)用效果將設(shè)計制造的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用于該自動化裝配生產(chǎn)線后，對其實際運行情況進(jìn)行了詳細(xì)的監(jiān)測和分析。在分度精度方面，通過高精度的測量設(shè)備對分度盤的轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行測量，實際測量結(jié)果表明，分度精度穩(wěn)定在\pm12''，滿足了生產(chǎn)線對分度精度的嚴(yán)格要求，確保了電子產(chǎn)品零部件能夠準(zhǔn)確地裝配到指定位置，提高了產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和良品率。在運動平穩(wěn)性方面，通過振動傳感器和噪聲測試儀對機(jī)構(gòu)在運行過程中的振動和噪聲進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，機(jī)構(gòu)在高速運轉(zhuǎn)下的振動和噪聲都控制在較低的水平，振動幅度小于0.1mm，噪聲值低于60dB，保證了生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行，減少了因振動和噪聲對裝配過程的干擾。在生產(chǎn)效率方面，由于弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確的間歇運動，使得生產(chǎn)線的裝配速度得到了顯著提高。與傳統(tǒng)的裝配方式相比，生產(chǎn)效率提高了30\%，滿足了企業(yè)對高效生產(chǎn)的需求。然而，在實際應(yīng)用過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題。在長時間運行后，凸輪與滾子之間的接觸表面出現(xiàn)了輕微的磨損現(xiàn)象。通過對磨損部位的分析，發(fā)現(xiàn)主要原因是潤滑不足。由于生產(chǎn)線的工作環(huán)境較為復(fù)雜，灰塵和雜質(zhì)容易進(jìn)入潤滑系統(tǒng)，影響潤滑效果。針對這一問題，采取了加強(qiáng)潤滑系統(tǒng)的密封措施，定期更換潤滑油和過濾器等改進(jìn)措施，有效地減少了凸輪與滾子之間的磨損，提高了機(jī)構(gòu)的使用壽命。通過對該自動化裝配生產(chǎn)線中弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用案例分析，可以看出基于CAD系統(tǒng)設(shè)計的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)能夠滿足生產(chǎn)線的高精度、高效率和高穩(wěn)定性的要求，具有良好的應(yīng)用效果。同時，通過實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問題及采取的改進(jìn)措施，也為進(jìn)一步優(yōu)化弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計和應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗。5.2機(jī)床加工中心換刀機(jī)構(gòu)的優(yōu)化案例5.2.1現(xiàn)有問題分析在某機(jī)床加工中心的實際運行中，其現(xiàn)有的換刀機(jī)構(gòu)暴露出了一系列亟待解決的問題，這些問題嚴(yán)重影響了加工中心的工作效率和加工精度。換刀時間過長是最為突出的問題之一。經(jīng)實際測量，該加工中心的平均換刀時間達(dá)到了15秒，這在高速、高效的現(xiàn)代加工需求面前顯得尤為滯后。在加工復(fù)雜零部件時，往往需要頻繁更換刀具，過長的換刀時間會導(dǎo)致加工過程的中斷時間增加，從而大大降低了加工效率。在加工一個需要使用5種不同刀具的零部件時，僅換刀時間就可能耗費75秒以上，這無疑會延長整個加工周期，降低生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)成本。換刀精度低也是現(xiàn)有換刀機(jī)構(gòu)的一大弊端。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的磨損、裝配誤差以及控制系統(tǒng)的精度限制等因素，刀具在更換過程中的定位精度難以保證，導(dǎo)致刀具在安裝到主軸上后，其實際位置與理想位置存在偏差。這一偏差會直接影響加工精度，使得加工出的零件尺寸精度和表面質(zhì)量難以滿足要求。在精密模具的加工中，刀具的定位精度要求極高，即使是微小的偏差也可能導(dǎo)致模具的尺寸超差，影響模具的使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)有換刀機(jī)構(gòu)的可靠性也有待提高。在長期運行過程中，換刀機(jī)構(gòu)容易出現(xiàn)故障，如刀庫定位不準(zhǔn)確、機(jī)械手抓取刀具不穩(wěn)定等問題。這些故障不僅會導(dǎo)致加工中斷，影響生產(chǎn)進(jìn)度，還會增加設(shè)備的維護(hù)成本和維修時間。據(jù)統(tǒng)計，該加工中心換刀機(jī)構(gòu)的故障率每月可達(dá)3-5次，每次故障的維修時間平均為2-4小時，這對企業(yè)的生產(chǎn)造成了較大的損失。此外，現(xiàn)有換刀機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理，導(dǎo)致其占用空間較大，不利于加工中心的緊湊布局。同時，由于缺乏有效的潤滑和防護(hù)措施，換刀機(jī)構(gòu)的零部件容易受到磨損和腐蝕，進(jìn)一步降低了其使用壽命和可靠性。5.2.2CAD系統(tǒng)輔助優(yōu)化設(shè)計為了解決上述問題，運用自主開發(fā)的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)對換刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在優(yōu)化過程中，充分利用CAD系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，從多個方面對換刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。通過CAD系統(tǒng)的參數(shù)化設(shè)計功能，對弧面分度凸輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。調(diào)整凸輪的分度角、動靜比等參數(shù)，使凸輪在驅(qū)動換刀機(jī)構(gòu)時能夠更加高效地傳遞運動，減少能量損失。在保證分度精度的前提下，適當(dāng)增大分度角，使凸輪在相同的時間內(nèi)能夠完成更多的分度動作，從而縮短換刀時間。通過優(yōu)化凸輪的輪廓曲線，使凸輪與滾子之間的接觸更加合理，降低接觸應(yīng)力，提高凸輪的使用壽命。利用CAD系統(tǒng)的三維建模功能，對換刀機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。重新設(shè)計刀庫的布局，采用更緊湊的結(jié)構(gòu)形式，減少刀庫的占地面積。優(yōu)化機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，使其在抓取和更換刀具時更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確。在設(shè)計刀庫時，采用圓盤式刀庫