基于Solidworks圓柱凸輪三維參數化設計的實現①

摘 要:本文利用VB程序，基于SolidWorks平臺，闡述了實現圓柱凸輪三維參數化設計的關鍵點，實現從動件不同運動規律的圓柱凸輪的建模和設計。提供了一種對三維CAD軟件二次開發的方法，具有較強的工程實用性。

關鍵詞:VisualBasicSolidWorks參數化圓柱凸輪

中圖分類號:TH132文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0022-02

圓柱凸輪機構在自動機械中得到了廣泛的應用。與平面凸輪機構相比，圓柱凸輪機構具有體積小、結構緊湊、剛性好、轉動扭矩大等優點。隨著數控加工技術的發展，圓柱凸輪的加工以三維模型為基礎，現在比較流行的三維設計軟件，沒有直接生成圓柱凸輪的命令，繪制圓柱凸輪的三維模型比較繁瑣。本文應用VB程序，在SolidWorks平臺開發了圓柱凸輪三維實體參數化建模系統。該系統可快速、精確進行圓柱凸輪三維實體造型，可為后續的圓柱凸輪有限元分析、機構仿真和數控加工等提供必要條件。

1 圓柱凸輪廓線的數學模型的建立

圓柱凸輪的輪廓曲線是空間曲線。對直動從動件圓柱凸輪建立如圖1所示的固定坐標系，以z軸為圓柱凸輪的回轉軸線，x軸與從動件處于最低位置時的軸線重合，原點為該軸線與凸輪軸線的交點，y軸分別垂直于x和z軸。圖1中曲線b是圓柱凸輪的理論廓線，曲線a和c是實際廓線，d表示在理論廓線上的滾子圓。主要參數有:圓柱凸輪的基圓半徑R，滾子半徑Rr，工作面寬度L，從動件的運動規律S(φ)，其中，φ為凸輪的轉角。

建立圓柱凸輪理論廓線方程如下:

x=Rcos(φ)

y=Rsin(φ)(1)

z=S(φ)

實際廓線方程如下:

x=Rcosφ±Rrs′(φ)sinφ/((s′(φ))2+R2)1/2

y=Rsinφ±Rrs′(φ)cosφ/(( s′(φ))2+R2)1/2 (2)

z=Rsinφ±RrR/((s(φ))2+R2)1/2

2 凸輪三維參數化建模方案及實現

2．1 用VB對SolidWorks進行二次開發的設計方法

1)是用人機交互形式建立模型，設置合理的設計變量，再通過VB驅動設計變量實現模型的更新，這種方法編程較簡單，通用性好，但對零件的尺寸范圍、關系要求較明確。

具體操作:在SolidWorks中先建立實體模型，再對所標注的尺寸名稱進行修改。首先要顯示所標注的尺寸名稱，先在SolidWorks的【工具/選項】中選擇“顯示尺寸名稱”，再在SolidWorks的設計樹中鼠標右鍵點擊【注解】選擇其中的“顯示特征尺寸”。修改尺寸名稱時，先用左鍵激活要修改的尺寸，點擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇【屬性】，在彈出對話框中修改尺寸名稱即可。注意在修改的時候，尺寸的名字盡量表達出該尺寸在模型中的特征。

2)是完全用程序實現三維模型的參數化設計以及模型的編輯，這種方法編程較前者復雜，但可以實現對具有復雜形體的零件造型。

具體操作:對建立的模型進行宏文件的編譯和應用程序的生成。首先通過SolidWorks【工具/宏操作】中選擇“錄制”，將已建立好的實體模型生成的全過程經過宏記錄轉變成宏文件，找出宏文件中與模型生成有關的關鍵函數。確定關鍵函數中的關鍵常數，弄清楚關鍵常數的變化對實體模型的影響。把關鍵常數用變量替換，這樣就完成了實體參數化程序的建立。將以上編譯好的程序放入參數輸入對話框的“開始繪制”按鈕的CLICK事件中。然后運行設計窗口，在SolidWorks環境下打開一張新零件圖進行實體三維實體建模，即可得到所需要的實體實體。

圓柱凸輪的參數化設計采用第二種方法。

2．2 圓柱凸輪機構參數確定和界面設計

在VB環境中設計好凸輪的參數化界面，對于圓柱凸輪，可變參數主要有輪廓曲線參數與結構特征參數，具體有:基圓半徑、圓柱高度、滾子厚度、推桿行程、推程角、回程角、近休止角、遠休止角、滾子直徑等，界面中可以選擇凸輪從動件在推程和回程時的運動規律，并可通過輸入具體角度來決定推程和回程曲線的行程。用戶可以通過點擊圓柱凸輪建模按鈕完成相關計算與建模。

2．3 圓柱凸輪三維造型的實現

以半徑為R+L/2的圓拉伸出圓柱體，在圓柱體上繪制出理論輪廓線，并繪制一條實際輪廓線作為引導線。在上視面上畫草圖，草圖是一個矩形，起點在實際輪廓線上，然后用Solidworks中的掃描切除功能，就可以創建圓柱凸輪的三維實體造型了。

機構參數化設計的具體方案如下:

(1)根據從動件的運動規律，利用公式(1)和(2)來計算推程階段，遠休止階段，回程階段，近休止階段上系列點的坐標，為了保證實際廓線擬合精度，必須選擇足夠多的點來構造樣條曲線，為此在程序中要確定適當的步距，計算出一定數量的點，通過Solidworks平臺上的XYZ構造曲線的方法來構造樣條曲線。生成曲線方法如圖2所示。

(2)在上視面上創建草圖，并在草圖中構建矩形，如圖3所示。

(3)自動選取草圖為輪廓，理論輪廓線為路徑，選取實際輪廓線為引導線，通過掃描切除，最后生成實體，如圖5所示。

3 結語

本系統以三維CAD軟件SolidWorks 2010為軟件平臺，介紹了參數化三維圓柱凸輪設計方法，能完成圓柱凸輪實體的參數化自動生成，大大地提高了圓柱凸輪三維設計的效率，提高了設計精度，其運行可靠、界面清晰、使用方便，在圓柱凸輪設計制造中具有重要的實用價值和顯著的經濟效益。其思路和方法可以應用到其他零件的參數化造型。

參考文獻

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