第1章 凸輪機(jī)構(gòu)的3D設(shè)計(jì)與NC加工
1.1基于CAXA平臺(tái)凸輪機(jī)構(gòu)各部分零件的3D設(shè)計(jì)
在各種機(jī)械中，特別是自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)控制裝置中，廣泛采用著各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。圖1-1和圖1-2分別是內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的配氣機(jī)構(gòu)和自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)。
圖1-1內(nèi)燃機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)
圖1-2自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)
凸輪機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是只要設(shè)計(jì)出合適的輪廓曲線，就可以使推桿做各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，而且響應(yīng)快速，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。目前凸輪機(jī)構(gòu)還無法被數(shù)控電控等裝置完全代替。
凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械裝備中應(yīng)用非常廣泛的機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)的凸輪機(jī)構(gòu)加工方法常常由于人為因素的影響導(dǎo)致凸輪機(jī)構(gòu)各個(gè)零部件精度不夠精確，而數(shù)控加工具有加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，這使得凸輪機(jī)構(gòu)加工生產(chǎn)效率提高、精度及表面粗糙度一致，從而實(shí)現(xiàn)了凸輪機(jī)構(gòu)加工自動(dòng)化。因此，本章對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行研究。
1.1.1 CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)是一款集創(chuàng)新設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)和協(xié)同設(shè)計(jì)于一體的新一代三維系統(tǒng)。易學(xué)易用、快速設(shè)計(jì)和兼容協(xié)同是它最明顯的特點(diǎn)。
1.創(chuàng)新模式
創(chuàng)新模式將可視化的自由設(shè)計(jì)與精確化設(shè)計(jì)結(jié)合在一起，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)跨越了傳統(tǒng)參數(shù)化造型CAD軟件的復(fù)雜性限制，無論是經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員，還是剛進(jìn)入設(shè)計(jì)領(lǐng)域的初學(xué)者，都能輕松開展產(chǎn)品創(chuàng)新工作。
2.工程模式
CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)除提供創(chuàng)新模式外，還具備傳統(tǒng)3D軟件普遍采用的全參數(shù)化設(shè)計(jì)模式（即工程模式），符合大多數(shù)3D軟件的操作習(xí)慣和設(shè)計(jì)思想，可以在數(shù)據(jù)之間建立嚴(yán)格的邏輯關(guān)系，便于設(shè)計(jì)修改。
3.2D集成
CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)無縫集成了CAXA電子圖板，工程師可在同一軟件環(huán)境下自由進(jìn)行3D和2D設(shè)計(jì)，無須轉(zhuǎn)換文件格式，可以直接讀寫DWG/DXF/EXB等數(shù)據(jù)，把三維模型轉(zhuǎn)換為二維圖紙，并實(shí)現(xiàn)二維圖紙和三維模型的聯(lián)動(dòng)。
4.數(shù)據(jù)兼容
CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)交互能力處于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平，兼容各種主流3D文件格式，從而方便設(shè)計(jì)人員之間以及與其他公司的交流和協(xié)作。
1.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模
1.凸輪機(jī)構(gòu)的組成
本章研究的是凸輪機(jī)構(gòu)的數(shù)控加工技術(shù)。此凸輪機(jī)構(gòu)是由心軸、基座、凸輪、上蓋、螺母、活塞六個(gè)零件組成的。圖1-3是凸輪機(jī)構(gòu)裝配二維圖�？梢岳�用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的CAD功能完成對(duì)這六個(gè)零件的建模、裝配。在建模過程中，對(duì)零件進(jìn)行了實(shí)體拉伸（增料、除料）、旋轉(zhuǎn)（增料、除料）、實(shí)體倒圓角、實(shí)體倒角等特征操作。圖1-4是凸輪機(jī)構(gòu)裝配三維圖。
2. 心軸的實(shí)體建模
下列實(shí)體建模部分僅對(duì)心軸部分進(jìn)行詳細(xì)的步驟操作及過程說明，對(duì)于后邊的零件部分如基座、凸輪、上蓋、螺母、活塞進(jìn)行詳細(xì)的步驟說明，但不再進(jìn)行每一步的過程截圖，只給出關(guān)鍵過程的操作截圖及結(jié)果截圖。在建模過程中不進(jìn)行具體尺寸的說明，具體的尺寸將在零件工程圖和加工操作過程中顯示。
圖1-3凸輪機(jī)構(gòu)裝配二維圖
圖1-4凸輪機(jī)構(gòu)裝配三維圖
圖1-5是心軸的零件圖。下面對(duì)心軸進(jìn)行建模。
(1)畫出心軸的截面草圖，如圖1-6所示。
(2)對(duì)草圖截面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)特征操作，如圖1-7所示。通過對(duì)草圖截面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)特征操作，生成三維實(shí)體的外圓部分。
(3)對(duì)圖1-8(a)進(jìn)行拉伸特征操作，生成心軸需要銑削部分；再對(duì)圖1-8(b)的銑削部分進(jìn)行倒圓角操作，生成結(jié)果如圖1-9所示；最后對(duì)螺紋端進(jìn)行生成螺紋操作，最終心軸的建模結(jié)果如圖1-10所示。
圖1-5心軸的零件圖
圖1-6心軸截面草圖
圖1-7心軸外圓輪廓生成
圖1-8心軸銑削部分生成
圖1-9心軸銑削部分倒圓角
圖1-10心軸
3.基座的實(shí)體建模
圖1-11是基座的零件圖，圖中給出了基座的具體尺寸和技術(shù)要求。下面對(duì)基座進(jìn)行實(shí)體建模。
（1）通過設(shè)計(jì)元素庫拖入長(zhǎng)方體，并進(jìn)行包圍盒的編輯操作，確定基座的基本尺寸。對(duì)長(zhǎng)方體四周進(jìn)行倒圓角操作，并對(duì)底面指定邊進(jìn)行倒角操作，結(jié)果如圖1-12所示。
（2）利用設(shè)計(jì)元素庫中的圓柱體和孔類圓柱體按照尺寸要求在長(zhǎng)方體的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作，結(jié)果如圖1-13所示。
圖1-11基座的零件圖
圖1-12基座外圓及下表面
圖1-13基座上表面
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