1.引言

　　隨著機械設備自動化能力的不斷提高，作為自動化機構中的一種——凸輪機構，其在機械設備中用運越來越廣泛，但由于其控制運動異常復雜且控制精度要求很高，因此給凸輪機構的設計和加工造成困難，運用傳統凸輪機構的設計方式，其設計周期較長且難度相當大。現介紹一種運用Pro/E軟件來完成凸輪機構設計及驗證的有效方法，在自動機構設計方面不失為一種值得推廣的設計新思路。

　　2.造型分析

　　凸輪按照其使用功能和形狀可分為圓柱凸輪、盤形凸輪和移動凸輪。從凸輪的原理來分析，凸輪的輪廓形狀取決于從動件的運動規律，運動規律就是設計凸輪時的設計目標。因此必須尋找一種可以將從動件的運動規律與凸輪的輪廓形狀很好的聯系起來的設計方法。

　　因此，可以用運Pro/E軟件中的圖形(GEAPH)命令作出從動件的位移線圖，在應用Pro/E軟件中提供的變截面掃描命令利用關系式將剛才所做的圖形加載到截面的某個尺寸上，在掃描的過程中，截面會隨著從動件的位移線圖而不斷改變，當掃描完成360°后，整個凸輪的形狀就完成了。

　　3.造型過程

　　以下就一個盤形凸輪的造型過程詳細說明此種凸輪的設計思路。零件如圖1所示。

圖1 盤形凸輪零件圖

　　步驟1：基礎特征造型

　　使用拉伸命令作一圓柱形基礎特征，草圖和拉伸后的特征如圖2所示。

圖2 草圖及拉伸特征

　　步驟2：創建方程曲線

　　在“基準” 工具欄中單擊“插入基準曲線”按鈕，在彈出的菜單管理器中選則“從方程”選項，單擊“完成”，如圖3中所示。彈出“曲線”對話框和次級菜單。根據系統提示選擇系統默認坐標系PRT_CSYS_DEF。在下一級菜單中選擇“笛卡爾”坐標系(如圖5、6所示)，隨后彈出記事本中定義曲線方程，該方程就是從動件的位移曲線方程，根據設計的不同，可編寫不同的曲線方程。

圖3 曲線菜單 1

圖4 “曲線”對話框

圖5 曲線菜單2

圖6 曲線菜單 3

　　在記事本輸入圖5所示的方程，保存并退出記事本。

圖7 曲線方程

圖8 生成的曲線(圖中紅色部分)

　　選擇菜單“文件/保存副本”，保存格式為IGES，給定輸出名稱“cuve1”，在隨后彈出的“輸出IGES”對話框中選則“基準曲線和點”復選框，單擊確定，完成IGES文件輸出。

圖9 “輸出IGES”對話框

　　步驟3：創建圖形特征

　　選擇菜單“插入/模型基準/圖形”選項，根據系統提示在消息輸入圖形名稱cuve2，確定后進入草繪模式。在草繪模式中，在繪圖區繪制一個坐標系，同時繪制兩條通過此坐標系的中心線。選擇菜單“草繪/數據來自文件”選項，選擇剛才輸出的“cuve1.igs”文件，打開后，在“縮放旋轉”對話框輸入比例和角度，拖動曲線至適當位置，單擊確定按鈕推出。在草繪模式中對曲線進行編輯增加，最終結果如圖10中所示。

圖10 最終曲線

　　步驟4：創建變剖面掃描特征

　　選擇菜單“插入/可變剖面掃描”命令，單擊草繪按鈕，進入草繪模式繪制如圖11所示的剖面。

圖11 剖面

　　選擇菜單“工具/關系”選項，將需要驅動的尺寸附加到上步所建圖形上，實現在掃描過程中尺寸的實時驅動。具體方法就是在彈出的“關系”對話框中輸入圖12中所示的關系式，單擊確定按鈕退出草繪模式。

圖12 “關系”對話框

　　單擊控制板中的確定按鈕，則最終完成凸輪輪廓的繪制，如圖13所示。

圖13 凸輪模型

　　步驟5：創建孔特征及修飾特征

　　最終凸輪模型如圖14中所示：

圖14 最終模型

　　4.其它類型凸輪繪制舉例

　　如下圖中所示的槽形凸輪和移動凸輪，其做法與盤形凸輪的造型過程基本類似，只是需要驅動的尺寸不同。圖17中的凸輪為作者在工作中實際遇到的一個實例，具體要求如下：在外徑為40，內孔為32的空心圓柱端面構建一漸變曲面，以截面圓環的一條類半徑為所要建立曲面的母線，沿內孔圓周旋轉360，在0°～180°范圍內，要求每轉9°，母線與圓柱端面的夾角增加10′，在180°～360°范圍內，要求每轉9°，母線與圓柱端面的夾角減少10′，其造型過程與上類似。

圖15 槽形凸輪

圖16 移動凸輪