利用FeatuerCAM软件设计加工摆线类梅花凸轮

    随着计算机辅助设计制造技术的飞速发展，计算机仿真技术已成为机械工程技术人员极其重要的科研工具，本文利用计算机仿真技术情确地绘制出摆线类梅花凸轮的轮廓曲线，并且简化了摆线类梅花凸轮轮廓的绘制过程，对摆线类梅花凸轮的设计速度及质量具有一定的实际意义。

    FeatuerCAM为机械工程技术人员提供了现实数字化功能的软件工具，它与当今主流CAM、NX和Pro/ENGNIEER等三维CAD软件可以无缝集成和链接，还可以自动识别和自动提取(AFRIFR)共享图形图像，是全功能的仿真软件——可以建立各种复杂化运动机构的精确三维模型，并对三维实体进行完整的多角度的运动和动力学仿真，得到在运动中零件的运动数据，还可分析出零件在运动中的位移、速度、加速度，以及电机负载功率、作用力与反作用力等，并以图形实体动态画面和工艺表格等多种形式输出结果。

    纺织机械中有一种系列的化纤纺纱设备——机种名称“FK8-高速弹力丝机”——应用的是当今最新的德国巴马克公司最先进的技术，其中的一项重要的核心部件就是摆线类梅花凸轮。

    摆线类梅花凸轮与其他的行星减速轮和减速机相比，具有结构紧凑、帧幅比大、传动传递速度快、多齿啮合和承载运动力大等突出优点。摆线类梅花凸轮由于输入输出运动时均为同轴，且啮合平稳，广泛应用于纺织机械、工程机械以及化工冶金工业的驱动装置和匀速、减速装置中。摆线类梅花凸轮的传动采用圆柱面滚齿与具有短幅外摆线等距曲线的圆齿面与摆线梅花凸轮相啮合，由于摆线梅花凸轮曲线的形状比较复杂，因此梅花凸轮在整个运行系统工程中的承载能力与精度对设备运转的好坏有扭极大的影响。由于摆线类梅花凸轮的曲线构建是十分重要的，摆线梅花凸轮的曲线轮廓形状也给设计加工制造增加了一定的难度。因此摇线梅花凸轮的加工必须有曲线图形来提供支持。

    近年来，经纬股份公司引进英国DELCAM公司的FeatuerCAM软件，利用该软件的仿真功能可以很摘确地将摆线梅花凸轮的轮南曲线形状准确地绘制和表达出来。在整个加工编程的过程中，图形与仿真加工是交互进行的，可以随时发现问题并进行修改，依据图形数据提取所要的曲线和节点数据的计算都由软件自动进行，因此编程速度快，效率高，准确性好。

一、摆线类梅花凸轮轮廓曲线成形的原理

    摆线梅花凸轮成形理论原理是绘制轮廓曲线的依据，设计摆线类梅花凸轮的方法有内滚法和外滚法。内滚法如图1所示:以基圆半圆OD₁的圆作为滚动圆长轴，OD₂的圆作为滚动圆短轴，确定了摆线类梅花凸轮基圆为设计的基点。以O点对360°范围进行动升程数据辐射，来求得曲线轮廓数据。在梅花凸轮运行传递中，摆线轮与滚动圆同步滚动的任何一点均可形成一条完整的轨迹轮廓曲线。这种形成摆线的方法就称为内滚法。摆线凸轮是以短幅摆线D₀D₁作为理论轮廓的。而固定针轮以D₀点作为理论齿形，但是实际上不可能做成一点，必须做成以r为半径的圆柱形。因此，以摆线凸轮的理论轮廓上的个点为圆心，以O和OD为半径作圆，这些圆的内包络线辐射，就是摆线凸轮的实际轮廓线。

图1 图形轨迹的设计

二、利用FeatuerCAM软件设计加工摆线类梅花凸轮

   (1)设定工件坯料尺寸。如图2。

图2   

    (2)绘制摆线梅花凸轮方法；添加梅花凸轮基圆半径参数。如图3。

图3

    (3)绘制摆线梅花凸轮方法;添加梅花凸轮动程参数。设里动升程、降程和停止数字符。如图4。

图4  

    (4)绘制摆线梅花凸轮方法；生成曲线轮廓圈形。如图5。

图5   

    (5)选择刀具的加工属性。如图6。

图6   

    (6)选择刀具库中的刀具列表。如圈7。

图7

    (7)选择最适合的立式加工中心设备。如图8。

图8

    (8)仿真加工曲线轮廓图形。如图9。

图9 

    (9)经过仿真加工后自动生成的加工程序及NC代码。如图10。

图10  

    (10)编写制作完整的工艺流程。

    1.数控机床选择。

    2.加工方法选择。

    3.确定零件的装夹方式并选择夹具。

    4.定位方法。

    5.检验要求及检验方法。

    6.选择刀具。

    7.加工中的误差控制和公差控制。

    8.定义数控工序。

    9.数控工序排序。

    10.切削参数选择。

    11.编制数控工艺程序单。

    12.下达生产进度指令。

    (11)完成整个工艺流程后的零件。如图11。

图11

三、结束语

    应用CAD/CAM技术能够非常精确地绘制出摆线梅花凸轮的轮廓曲线，绘制步骤非常简单，轮廓工作曲线精度可以根据要求随惫调整。利用FeatuerCAM建立三维实体模型，为下一步基于虚拟样机技术及摆线梅花凸轮的加工制造奠定了基础。同时，为复杂轮廓零部件的设计提供了一种方法和捷径。使用先进技术进行设计、数控加工和自动编程，大大提高了设计效率与凸轮的精度，克服了传统设计方法中的精度误差大及人为因素。有效地避免了人力、物力和财力的浪费，也避免了要多次修改等缺点所带来的风险，大大地缩短了设计制造的周期，提高了梅花凸轮的质量。

    随着科技的进步，时代的发展，自动编程将逐步取代繁琐的手工编程。自动编程准确率高，效率离，也是未来机械加工追求的方向。