用ProE建立凸轮模型

　　1.引言

　　随着机械设备自动化能力的不断提高，作为自动化机构中的一种——凸轮机构，其在机械设备中用运越来越广泛，但由于其控制运动异常复杂且控制精度要求很高，因此给凸轮机构的设计和加工造成困难，运用传统凸轮机构的设计方式，其设计周期较长且难度相当大。现介绍一种运用Pro/E软件来完成凸轮机构设计及验证的有效方法，在自动机构设计方面不失为一种值得推广的设计新思路。

　　2.造型分析

　　凸轮按照其使用功能和形状可分为圆柱凸轮、盘形凸轮和移动凸轮。从凸轮的原理来分析，凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律，运动规律就是设计凸轮时的设计目标。因此必须寻找一种可以将从动件的运动规律与凸轮的轮廓形状很好的联系起来的设计方法。

　　因此，可以用运Pro/E软件中的图形(GEAPH)命令作出从动件的位移线图，在应用Pro/E软件中提供的变截面扫描命令利用关系式将刚才所做的图形加载到截面的某个尺寸上，在扫描的过程中，截面会随着从动件的位移线图而不断改变，当扫描完成360°后，整个凸轮的形状就完成了。

　　3.造型过程

　　以下就一个盘形凸轮的造型过程详细说明此种凸轮的设计思路。零件如图1所示。

图1 盘形凸轮零件图

　　步骤1：基础特征造型

　　使用拉伸命令作一圆柱形基础特征，草图和拉伸后的特征如图2所示。

图2 草图及拉伸特征

　　步骤2：创建方程曲线

　　在“基准” 工具栏中单击“插入基准曲线”按钮，在弹出的菜单管理器中选则“从方程”选项，单击“完成”，如图3中所示。弹出“曲线”对话框和次级菜单。根据系统提示选择系统默认坐标系PRT_CSYS_DEF。在下一级菜单中选择“笛卡尔”坐标系(如图5、6所示)，随后弹出记事本中定义曲线方程，该方程就是从动件的位移曲线方程，根据设计的不同，可编写不同的曲线方程。

图3 曲线菜单 1

图4 “曲线”对话框

图5 曲线菜单2

图6 曲线菜单 3

　　在记事本输入图5所示的方程，保存并退出记事本。

图7 曲线方程

图8 生成的曲线(图中红色部分)

　　选择菜单“文件/保存副本”，保存格式为IGES，给定输出名称“cuve1”，在随后弹出的“输出IGES”对话框中选则“基准曲线和点”复选框，单击确定，完成IGES文件输出。

图9 “输出IGES”对话框

　　步骤3：创建图形特征

　　选择菜单“插入/模型基准/图形”选项，根据系统提示在消息输入图形名称cuve2，确定后进入草绘模式。在草绘模式中，在绘图区绘制一个坐标系，同时绘制两条通过此坐标系的中心线。选择菜单“草绘/数据来自文件”选项，选择刚才输出的“cuve1.igs”文件，打开后，在“缩放旋转”对话框输入比例和角度，拖动曲线至适当位置，单击确定按钮推出。在草绘模式中对曲线进行编辑增加，最终结果如图10中所示。

图10 最终曲线

　　步骤4：创建变剖面扫描特征

　　选择菜单“插入/可变剖面扫描”命令，单击草绘按钮，进入草绘模式绘制如图11所示的剖面。

图11 剖面

　　选择菜单“工具/关系”选项，将需要驱动的尺寸附加到上步所建图形上，实现在扫描过程中尺寸的实时驱动。具体方法就是在弹出的“关系”对话框中输入图12中所示的关系式，单击确定按钮退出草绘模式。

图12 “关系”对话框

　　单击控制板中的确定按钮，则最终完成凸轮轮廓的绘制，如图13所示。

图13 凸轮模型

　　步骤5：创建孔特征及修饰特征

　　最终凸轮模型如图14中所示：

图14 最终模型

　　4.其它类型凸轮绘制举例

　　如下图中所示的槽形凸轮和移动凸轮，其做法与盘形凸轮的造型过程基本类似，只是需要驱动的尺寸不同。图17中的凸轮为作者在工作中实际遇到的一个实例，具体要求如下：在外径为40，内孔为32的空心圆柱端面构建一渐变曲面，以截面圆环的一条类半径为所要建立曲面的母线，沿内孔圆周旋转360，在0°～180°范围内，要求每转9°，母线与圆柱端面的夹角增加10′，在180°～360°范围内，要求每转9°，母线与圆柱端面的夹角减少10′，其造型过程与上类似。

图15 槽形凸轮

图16 移动凸轮