针对弧面分度凸轮机构建模及运动学进行研究,通过共轭曲面法并借助齐次坐标变换法建立圆柱滚子弧面分度凸轮不可展直纹工作轮廓曲面方程统一模型,推导了共轭接触方程求取共轭接触角,VC设计软件采集了分度期工作轮廓曲面数据点后,导入Creo中完成从点到线到面,再实体化建立了弧面分度凸轮三维模型,通过ADAMS运动学仿真分析了机构运动角速度和角加速度曲线震荡的影响及其产生原因,为机构建模优化和后续加工凸轮调整提供理论指导和帮助。

针对弧面分度凸轮机构模型及加工工艺进行研究,基于共轭曲面原理,运用齐次坐标变换方法建立圆柱滚子弧面分度凸轮廓面通用方程式,推导共轭方程式,求取共轭接触角,通过MATLAB软件编程计算轮廓面坐标点数据,然后导入NX 12.0软件中建立弧面分度凸轮三维模型,再进行弧面分度凸轮加工工艺分析及编程。VERICUT虚拟仿真加工结果表明,弧面分度凸轮加工精度满足预期要求。

针对平行分度凸轮机构设计和验证问题,提出一种平行分度凸轮建模和分度机构运动仿真分析方法。通过对平行分度凸轮机构的分度运动进行分析,利用齐次坐标变换法建立平行分度凸轮轮廓曲面数学模型,软件编程采集轮廓曲面数据点,用Creo建立机构三维模型并装配后输出到Adams,建立机构虚拟样机并进行运动学特性仿真。对仿真数据绘制的运动规律特性曲线与理论曲线进行对比分析。结果表明,角加速度曲线波动较大,机构存在的冲击和振荡,主要位于不同的滚子退出和进入啮合阶段与不同滚子工作轮廓曲线交接处;给出对应的设计改进和加工措施,即采用圆角过渡工作轮廓曲线交点、提高轮廓曲线数据点采样精度、选择合适的运动规律及样条曲线插补加工轮廓曲面能减少机构运动的冲击和振荡。

针对球头刀加工自由曲面时的局部干涉影响曲面加工效率问题,提出了优化双刀具选择算法。基于曲率模型求取无曲率干涉加工自由曲面的最小刀具尺寸,给出对应不同尺寸刀具划分自由曲面干涉区域和非干涉区域,等面积平面近似曲面计算刀具路径总长度计算方法,基于遗传算法求解由刀具尺寸与刀具路径长度建立的双刀具选择模型。验证实例表明该算法能够显著提高自由曲面加工效率。

针对弧面分度凸轮机构，通过共轭曲面原理、微分几何学进行理论分析，提出了基于齐次坐标变换的通用弧面分度凸轮轮廓曲面方程建立方法；然后基于VB开发了弧面分度凸轮轮廓曲面数据采集系统；基于Pro/E建立了凸轮机构的三维模型及运动仿真模型。机构设计和运动仿真验证实例表明，设计机构满足预期分度要求。