基于精密凸輪測繪數據三維模型轉化的應用分析

杜長強，劉艷明

(宿州職業技術學院 機電工程系，安徽 宿州234000)

在測繪精密凸輪時，經常會遇到凸輪的曲線不是有規律的曲線，然而凸輪曲線的精度要求卻較高，無法用圓弧代替.在這種情況下，我們往往采用三坐標測量儀或影像儀在圓周方向測出許多個點，然后把這許些點用直線連接起來，直接輸入數控機床，此時加工出的凸輪會有許多尖點且不是圓滑過度.為解決這個問題，我們只有把這些個點轉化成三維模型，然后把三維模型轉換成數控機床可識別的數據格式，比如Igs格式，這樣就可以加工出比較精確的凸輪.那么如何利用這些點畫出三維模型，就成了能否加工出凸輪的關鍵，以下就對用影像儀測繪的870個點畫出的三維模型進行分析研究.

1 數據優化

圖1 測繪點

為了能使凸輪的輪廓更精確，我們在使用二維影像儀人工采集點時，往往會采集較多的點.由于是人工采集，這些點在圓周方向的分布不是很均勻，可能有的點彼此離得較近，有的點彼此離得較遠，而有的點由于操作人員的錯誤操作，偏離了凸輪輪廓，這些點還需要人工刪除.假如我們用影像儀采集了870個點，即使沒有錯誤操作，但是在360度方向上的分布仍然是不均勻的，而使用二維軟件就容易做到采集點的均勻分布.利用二維繪圖軟件CAXA把這870個轉化成圓周方向均布的360個點，這樣就容易把這均勻分布的360個點轉化為3D凸輪模型，但必須保證這360個點用樣條線連接成封閉曲線后，與870個點的凸輪輪廓無限接近，這樣做出的凸輪誤差才能足夠小[1,2].

(1)由于用二維影像儀采集的點的數據格式是*.dxf，用CAXA可以打開，打開CAXA主界面后，瀏覽到該文件，打開，如圖1所示.

(2)用樣條線把這870個點首尾相連，另外在圓周方向作出360個均布的直線，如圖2所示.

(3)把白色樣條線以外的直線剪切掉，然后把樣條線及870個點都刪掉，就剩下360個線段，那么這360個線段的起點，就是我們所需要的360個均布的點，如圖3所示.

圖2 360點均布的直線

圖3 360個均布的點

2 數據處理

如果用Solidworks做出3D凸輪模型，這360個點必須轉成Solidworks所識別的數據格式和點坐標形式[3].為此我們需要對數據做如下處理.

(1)在圖3界面下，按順序拾取這360根線，點擊右鍵查詢，點擊存盤，保存格式為*.txt,然后重命名*.csv,我們在這里僅需要360個點的坐標，而保存的每一個點的內容不僅有坐標，而且還有別的信息，比如圖層、線型、顏色、增量等，如圖4，我們需要篩選，僅保留坐標，這里需要用excel進行篩選.

(2)打開一個excel，在主界面下點“打開”，瀏覽*.csv文件，此時出現一個“文本導入向導”窗口，一直點擊下一步，最后點擊“完成”.此時在記事本顯示的360個點出現在excel里，如圖5，這360個點仍然帶有其他信息，拾取B列，點擊篩選，點擊文本篩選，點擊開頭，然后輸入起點，點擊確定，此時每一個點的信息只有起點和坐標，然后把起點后面的坐標復制到另一個新建的excel里，如圖6所示[4].

圖4 記事本顯示 360個點

圖5 excel篩選后顯示截圖

(3)此時的坐標里，還有象“=”等這樣的字符，而Solidworks曲線命令里，卻無法識別這些字符，所以還需要對該坐標進行分列，拾取A列，點擊分列，文本分列向導出現.點分隔符號，點下一步，然后點Tab、空格、點其他，在“其他”后面的框內輸入“=”，點下一步，點擊完成，此時出現的為四列，分別是X,X的數值，Y，Y的數值，如圖7所示.拾取X的數值和Y的數值這兩列，即拾取B列和D列，復制到一個新的excel文件里A列和B列，然后C列全部寫上0，如圖8所示，因為平面曲線的Z值均為零，由于要形成封閉的曲線，必須要361個點，就把首行的數值復制到最后一行[5]，然后拾取這361個點坐標，把它復制到記事本里，保存為**.txt，如圖9所示.

圖6 excel篩選后的坐標點

圖7 excel篩選完成截圖

圖8 excel里加零的點

圖9 在記事本里完成的點

3 建立凸輪3D模型

(1)首先打開Solidworks主界面，依次點擊插入、曲線、點擊通過XYZ的曲線，然后瀏覽**.txt文件，這時一個封閉的凸輪曲線出現在主界面上，如圖10.最后將文件另存為*.sldcrv，下次如再用到該曲線，就在Solidworks下，直接打開該文件即可，不需要再進行繁瑣的數據處理了[6].

(2)首先打開Solidworks主界面，打開*.sldcrv曲線，點草圖繪制，點擊轉換實體引用，然后拾取該曲線，這時的曲線變成實體線，點擊拉伸，最后完成3D凸輪模型.如圖11.

圖10 在Solidworks顯示的完整曲線

圖11 完成后三維凸輪模型

4 結語

通過把使用二維影像儀采集的這些點轉化成三維模型，然后把三維模型轉換成數控機床可識別的數據格式，由數控機床直接加工出凸輪，解決了加工出的凸輪會有許多尖點且不是圓滑過度的問題，這樣就可以加工出較為精確的凸輪，達到比較滿意的效果.

參考文獻：

[1] 唐 曉.精密測量的凸輪機構從動件運動分析軟件開發應用分析[J].河南科技，2013(10)：79-82.

[2] 徐 峰.空間凸輪精密測量及數字化逆向工程關鍵技術的研究[D].西安：陜西科技大學，2014.

[3] 金曉怡，鈕冬科，張向偉. 基于精密測量的凸輪機構從動件運動分析軟件開發[J].上海工程技術大學學報，2012,18(4)：27-31.

[4] 柳 強.高精度鼓形漸開線凸輪加工理論與技術研究[D].大連：大連理工大學，2015.

[5] 吳家國.SolidWorks與CAXAWEDM相結合模擬加工精密凸輪[J]. CAD/CAM與制造業信息化，2014(11)：55-59.

[6] 慕 燦，陳 科.基于Solidworks表達式的空間凸輪精確建模[J].陜西科技大學學報：自然科學版，2012,30(12)：33-35.