基于SolidWorks的圆柱凸轮CAD/CAM系统的研究

    空间凸轮具有紧凑、可靠等优点，在自动机械领域中应用十分普遍，在实现间歇分度运动、较大运动升程或其他任意运动方面具有很强的适应性。

    随着现代设计与制造技术的发展，在产品开发过程中，装配没计、零/部件有限元分析、运动仿真和数控加工等都必须以三维模型为基础。解析法和图解法是凸轮机构设计的两种传统方法，并且都停留在二维设计阶段。目前国内外常用的三维造型软件都没有直接生成圆柱凸轮的功能，尤其是对于具有不可展廓面的空间凸轮，很难用常规的机械制图方法进行绘制，也不能用展开成平面轮廓的方法设计，因此进行圆柱凸轮三维造型仍是一项非常繁琐的工作。针对此，研究人员也做了研究和探索，有的基于OpenGL技术，采用NURBS方法创建空间凸轮，该方法对系统要求较高，通用性较差；有的利用平面展开曲线拟合圆柱凸轮轮廓再通过旋转包覆创建圆柱凸轮，或将圆柱凸轮展开成平面移动凸轮利用包覆方法创建圆柱凸轮，该方法不能创建具有空间不可展廓面的凸轮且精度较差；有的基于Pro/E平台通过变截面扫描空间曲线创建圆柱凸轮，该方法难以创建精确的廓面曲线。目前，国内外对于圆柱凸轮的CAD/CAM的研究都很活跃，虽取得了一些成果，但大多数都是将CAD和CAM分开研究。

    为了提高圆柱凸轮的设计效率和制造精度，本文以滚子摆动从动件圆柱凸轮为例，以目前国内流行的三维造型软件为平台，使用Visual Basic开发工具，对进行二次开发，阐述了采用虚拟范成加工和布尔运算原理进行圆柱凸轮三维模型参数化设计的方法，并对圆柱凸轮CAD/CAM系统开发过程进行详细介绍。

    1 布尔运算的圆柱凸轮仿真加工原理和方法

    1.1 仿真加工的布尔原理

    设两个实体为A和B，根据计算机图形学及几何学原理可得两个实体之间的布尔运算原理为：

    式中：AinB和AoutB分别为实体A的表面处于实体B内和外的部分；(AinB)-1为实体A的表面在实体B内部分的补集；同理可得BoutA，BinA和(BinA)-1的定义。

    对于槽式圆柱凸轮，利用布尔减运算原理，在毛坯中减去刀具轨迹便可模拟真实的加工过程；对于凸缘圆柱凸轮，利用布尔加运算原理，在毛坯中减去刀具轨迹便可模拟真实的加工过程。

    1.2 基于布尔运算的圆柱凸轮仿真加工原理和方法

    在圆柱凸轮的范成法加工过程中，刀刃在坯料中的加工轨迹即刀具轨迹。对刀具轨迹形成过程的仿真，旨在再现圆柱凸轮工作廓面的形成过程。为此，将坐标系固连在圆柱凸轮基体上并随凸轮基体的转动而转动，而刀具则按一定的规律做平面运动。机床铣削过程是一个连续的过程，而仿真只能是针对有限个相对位置进行，因此必须对关系式进行离散化，得到有限个相应位置，进而进行仿真加工。