換刀機(jī)械手設(shè)計(jì)帶CAD圖

換刀機(jī)械手設(shè)計(jì)帶CAD圖,機(jī)械手,設(shè)計(jì),CAD 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文加工中心換刀機(jī)械手的研究姓名：謝政申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：馬秋成;周定伍20080515摘摘 要要 隨著裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，以加工中心為代表的高檔數(shù)控機(jī)床的需求量與日俱增，作為加工中心的關(guān)鍵功能部件_自動(dòng)換刀機(jī)械手的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題得到了國(guó)家的高度重視。2007 年 5 月國(guó)家發(fā)布了高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備重大專(zhuān)項(xiàng) ，并將“大型刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置 ”列入國(guó)家“十一五”發(fā)展規(guī)劃和國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要。為實(shí)現(xiàn)加工中心關(guān)鍵功能部件的國(guó)產(chǎn)化，本文以弧面凸輪式換刀機(jī)械手為對(duì)象，開(kāi)展了換刀機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)過(guò)程設(shè)計(jì)、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零件弧面凸輪的設(shè)計(jì)和加工等研究工作。 論文完成的主要工作以下： (1) 根據(jù)加工中心對(duì)自動(dòng)換刀機(jī)械手的工作要求， 完成了弧面凸輪式換刀機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)過(guò)程的設(shè)計(jì)，按修正正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律完成了主動(dòng)件弧面凸輪工作輪廓面的設(shè)計(jì)，并應(yīng)用 Matlab 軟件進(jìn)行了從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的優(yōu)化。 (2) 應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件 UG 建立了換刀機(jī)械手主要部件的三維零件模型和裝配模型，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了裝配間隙分析和干涉檢查，開(kāi)發(fā)了自動(dòng)換刀機(jī)械手的虛擬樣機(jī)。 (3) 針對(duì)加工中心自動(dòng)換刀裝置中的核心部件弧面凸輪， 采用了基于滾子中心線(xiàn)的建模方法，解決了傳統(tǒng)方法中用共軛曲面理論建立曲面輪廓方程所存在的不足?；?UG 平臺(tái)，應(yīng)用其二次開(kāi)發(fā)工具 UG/GRIP 完成了弧面凸輪的建模和數(shù)控加工程序的開(kāi)發(fā)工作。 (4) 分析了用 DMU80T 和 FSK-25G 五軸聯(lián)動(dòng)加工中心進(jìn)行凸輪加工的工藝方案，開(kāi)發(fā)了凸輪加工刀具位置源文件（CLSF） ，并針對(duì) FSK-25G 五軸聯(lián)動(dòng)加工中心建立了虛擬數(shù)控機(jī)床，利用仿真技術(shù)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行了模擬驗(yàn)證，證實(shí)了刀軌的正確性和在 FSK-25G 機(jī)床上加工的可行性。 關(guān)鍵詞： 加工中心 自動(dòng)換刀機(jī)械手 弧面凸輪 Abstract With the rapid development of the Mechanical manufacturing industry in our country, it needs more and more high-grade numerical control machine tools such as the Processing Centre. As a key component in the processing center, the ATC manipulators research and its domestic problem have been increasing attention. The government put out The important items of the senior numerically-controlled machine and the based manufacture equipment on may 2007.In the items,the state put “the large tool storage and ATC ”into the project of The States development program of five years of 15th and The States medium and long-term development program This paper forces on the key problem in the research and development of the ATC of Convex globoidal cam type . The research work include of cyclogram of machine design ,the design of the followers movement rule ,and the design and process of the key component convex globoidal cam. This paper mainly completed the work as follows: 1.According to the need of the Processing Centre ATC manipulator, this paper completed the design of the cam ATC manipulators motive cycle process. And used the software Matlab to select the optimal design of the movement of the follower. 2.Used 3D software UG to create the 3D parts models and assembly model of the main parts in the ATC manipulator. And based on the model, it analysis the assembly gap and check the interference of the parts and complete the virtual prototype of ATC. 3.For the cnvex globoidal cam which is the core components in the Processing Centre ATC manipulator, the paper creates a method based on a roller to the center line to set the model. And solved the shortcomings by using the conjugate surface theory to establish the surface contours equation in the traditional methods. Then based on the software UG platform, this paper used the tool UG/GRIP to complete the convex globoidal cam Modeling and the necessary data for the preparation of the NC procedures. 4. Analyse the process of making use of the five axiss machining centers, DMU80T and FSK-25G to process the convex globoidal cam respectively.Open out the tool path sourse file of convex globoidal cams process and build the virtual numerically-controlled machine according to FSK-25G five axis machining centers.Simulate and verificate the process making use of the simulation technique and approve the correctness of the tool path file and the feasibility processing in FSK-25G Key Words： Processing Centre Automatical Tool Changer Convex globoidal cam 湘潭大學(xué)湘潭大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湘潭大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 1第一章 緒 論 第一章 緒 論 1.1 加工中心簡(jiǎn)介 1.1 加工中心簡(jiǎn)介 加工中心(Machining Center)是一種具有自動(dòng)換刀功能的高效自動(dòng)化機(jī)床，由機(jī)械部件與數(shù)控系統(tǒng)組成，適用于加工復(fù)雜零件。這種機(jī)床能裝多把刀具，在一次裝夾中完成銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、攻螺紋、切內(nèi)槽等工序的加工。高精度加工中心可以代替精密坐標(biāo)鏜床，還可作為基礎(chǔ)部件組成柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)1-4。 加工中心的工作過(guò)程為：根據(jù)零件圖樣制定工藝方案，采用手工編程或計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程方式編制零件的加工程序，將加工零件所需的機(jī)床各種動(dòng)作及全部工藝參數(shù)變成機(jī)床數(shù)控裝置所能接受的信息代碼，并把這些信息代碼存儲(chǔ)在信息載體上，將信息載體送到輸入裝置讀出信息，并送入數(shù)控裝置。進(jìn)入數(shù)控裝置的信息，經(jīng)過(guò)一系列處理和運(yùn)算變成脈沖信號(hào)，部分信號(hào)送到機(jī)床的伺服系統(tǒng)，通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行放大，再經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床有關(guān)部件，使刀具和工件嚴(yán)格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。部分信號(hào)送到可編程序控制器中，用以控制機(jī)床的其它輔助動(dòng)作，如冷卻液的開(kāi)關(guān)和自動(dòng)更換刀具等。 加工中心的基本結(jié)構(gòu)由三部分組成:CNC 數(shù)控系統(tǒng)。加工中心一般都采用CNC 數(shù)控系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械部件。加工中心和一般通用機(jī)床相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，結(jié)構(gòu)剛性好，可靠性高；顯著區(qū)別是具有對(duì)零件進(jìn)行多工序加工的能力。 1.2 自動(dòng)換刀裝置的組成1.2 自動(dòng)換刀裝置的組成 在實(shí)際生產(chǎn)中，大多數(shù)零件都要進(jìn)行多道工序的加工。當(dāng)用數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)多工序加工時(shí)，真正用于切削工件的時(shí)間只占整個(gè)作業(yè)時(shí)間的 30%左右，其余大部分時(shí)間都花在安裝、調(diào)整刀具、裝卸、搬運(yùn)零件和檢查加工精度等輔助工作上。為充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用，在機(jī)床中配備自動(dòng)換刀裝置而成為加工中心。 自動(dòng)換刀裝置5-10 (Automatic Tool Changer，簡(jiǎn)稱(chēng) ATC)由刀庫(kù)、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成。刀庫(kù)的功能是用于存儲(chǔ)刀具，并把即將要用的刀具準(zhǔn)確地送到換刀位置，供換刀機(jī)械手完成新舊刀具的交換。刀庫(kù)配置在主軸附近，換刀機(jī)構(gòu)在主軸和刀庫(kù)之間執(zhí)行換刀動(dòng)作，完成此功能的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為機(jī)械手。機(jī)械手包括送刀臂、擺刀站和換刀臂等部分。機(jī)械手完成刀具裝卸和在主軸頭與刀庫(kù)之間的湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 2傳遞。驅(qū)動(dòng)裝置是使刀庫(kù)和機(jī)械手實(shí)現(xiàn)其功能的動(dòng)力裝置，一般由步進(jìn)電機(jī)或液壓(或氣液機(jī)構(gòu))或凸輪機(jī)構(gòu)組成。 自動(dòng)換刀裝置的形式多種多樣，其換刀過(guò)程、選刀方式、刀庫(kù)結(jié)構(gòu)、機(jī)械手類(lèi)型等各不相同，但都是在數(shù)控裝置及可編程序控制器的控制下，由電機(jī)、液壓或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)刀庫(kù)和機(jī)械手來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的選擇和交換。早期自動(dòng)換刀裝置采用轉(zhuǎn)塔式機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，后來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)了無(wú)換刀機(jī)械手式和帶換刀機(jī)械手式的自動(dòng)換刀裝置。 無(wú)換刀機(jī)械手式換刀主要有兩種方式：一種是懸臂式刀庫(kù)，水平安放在銑頭旁邊，刀庫(kù)留有一個(gè)空缺的刀位，換刀時(shí)偏心輪帶動(dòng)刀庫(kù)回轉(zhuǎn)，然后拔刀、轉(zhuǎn)位、換刀，最后插刀進(jìn)入主軸。另一種是刀庫(kù)固定，用機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)去配合刀庫(kù)，完成插刀和拔刀動(dòng)作。這種無(wú)機(jī)械手式 ATC 換刀時(shí)必須先將用過(guò)的刀具送回刀庫(kù)，然后再?gòu)牡稁?kù)中取出新刀具。該兩種動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行，換刀時(shí)間較長(zhǎng)。雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但機(jī)床配置的刀具量較少。 帶換刀機(jī)械手式換刀類(lèi)型比較多，按驅(qū)動(dòng)裝置的不同可以分凸輪式、液壓式、齒輪式、連桿式以及多種機(jī)構(gòu)復(fù)合式，其中以凸輪式應(yīng)用最廣，采用該換刀形式的加工中心可以配備較多的刀具。 1.2.1 刀庫(kù) 刀庫(kù) 刀庫(kù)是存儲(chǔ)刀具的裝置，刀庫(kù)主要有以下幾種形式11,12： a. 轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù) 包括水平轉(zhuǎn)塔頭和垂直轉(zhuǎn)塔頭兩種。如圖 1.1a、1.1b 所示。 特點(diǎn)：所有刀具固定在同一轉(zhuǎn)塔上，無(wú)換刀臂，儲(chǔ)刀數(shù)量有限，通常為 68把。一般僅用于輕便而簡(jiǎn)單的機(jī)型。常見(jiàn)于車(chē)削中心和鉆削中心。在鉆削中心儲(chǔ)刀位置即主軸，其外部結(jié)構(gòu)緊湊但內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，精度要求高。 圖 1.1 轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù) 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 b. 盤(pán)式刀庫(kù) 該刀庫(kù)呈盤(pán)狀，刀具沿盤(pán)面垂直排列(包括徑向取刀和軸向取刀)。沿盤(pán)面徑向排列或成銳角排列的刀庫(kù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，應(yīng)用較多，但刀具單環(huán)排列，空間利用率低，如圖 1.2a1.2c 所示。如果要增加刀庫(kù)容量必須使刀庫(kù)的外徑增大，那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也相應(yīng)增大，選刀運(yùn)動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)。此刀庫(kù)所存貯的刀具數(shù)量一般不多于 32 把。對(duì)于刀具呈多環(huán)排列的刀庫(kù)，其空間利用率高，但取刀機(jī)構(gòu)復(fù)雜，適用于機(jī)床空間受限制而刀庫(kù)容量大的場(chǎng)合；雙盤(pán)式結(jié)構(gòu)是兩個(gè)較小容量的刀庫(kù)分置于主軸兩側(cè)，布局較緊湊，儲(chǔ)刀數(shù)量也相應(yīng)增大，適用于中小型加工中心。 圖 1.2 盤(pán)式刀庫(kù) c.鏈?zhǔn)降稁?kù) 鏈環(huán)形式有多種形式，包括單環(huán)鏈和多環(huán)鏈，如圖 1.3a1.33c 所示。 圖 1.3 鏈?zhǔn)降稁?kù) 該刀庫(kù)所占空間小， 適用于刀具容量較大的場(chǎng)合， 一般用于刀具數(shù)在 30120把的機(jī)床。該刀庫(kù)結(jié)構(gòu)可通過(guò)增加鏈條長(zhǎng)度增加刀具數(shù)，而不必增加圓周速度，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小于盤(pán)式刀庫(kù)。 d. 直線(xiàn)式刀庫(kù)和組合刀庫(kù) 直線(xiàn)式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀具單行排列，刀庫(kù)容量小，多用于數(shù)控車(chē)床和鉆床湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 4上。組合刀庫(kù)一般是轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù)的組合，轉(zhuǎn)塔式與盤(pán)式刀庫(kù)的組合及鏈?zhǔn)降稁?kù)的組合。單個(gè)刀庫(kù)的儲(chǔ)刀量較小，換刀速度快。另外，還有一些密集型的鼓輪式、彈匣式和格子式刀庫(kù)。這些密集型刀庫(kù)雖占地面積小，但由于結(jié)構(gòu)限制，基本上不用于單機(jī)加工中心，多用于 FMS 的集中供刀系統(tǒng)。 1.2.2 換刀機(jī)械手換刀機(jī)械手 換刀機(jī)械手是執(zhí)行刀庫(kù)和主軸之間換刀動(dòng)作的裝置，分為以下幾種類(lèi)型： a. 單臂機(jī)械手 該換刀機(jī)械手僅有一個(gè)手臂?？杉?xì)分為單手式和雙手式兩種： (1) 單手式：一個(gè)換刀臂僅有一個(gè)抓刀手（圖 1.4a）。 特點(diǎn)：所有動(dòng)作均由單手完成，執(zhí)行動(dòng)作多，換刀時(shí)間長(zhǎng)，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，刀庫(kù)與主軸軸線(xiàn)平行或垂直的情況均適用。 圖 1.4 機(jī)械手 (2) 雙手式：一個(gè)換刀臂兩端各有一個(gè)抓刀手（圖 1.4b） 。 特點(diǎn)：機(jī)械手同時(shí)抓取主軸和刀庫(kù)上的刀具，回轉(zhuǎn) 180 度，同時(shí)放回和裝入刀具，換刀時(shí)間短，較為常用，多用于刀座與主軸軸線(xiàn)平行的場(chǎng)合。 b. 雙臂機(jī)械手 兩個(gè)機(jī)械手臂，每個(gè)手臂端部都有一個(gè)抓刀手（圖 1.4c） 。 特點(diǎn)：其抓刀和換刀動(dòng)作類(lèi)似于人手動(dòng)作，除執(zhí)行換刀動(dòng)作外有些還可以起運(yùn)輸?shù)毒叩淖饔?。這種機(jī)械手換刀時(shí)間短，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 c. 帶送刀臂、擺刀站和換刀臂的機(jī)械手 送刀臂將刀具從刀庫(kù)中取出送到擺刀站，由擺刀站將刀具送到換刀位圖 1.5 帶送刀刀臂、擺刀站和換刀臂的機(jī)械手 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 5置，最后由換刀臂進(jìn)行換刀。如圖 1.5 所示，A 為送刀臂，B 為擺刀站，C 為換刀臂，D 為刀庫(kù)，E 為主軸。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，各部分在空間巧妙配置和組合，更具變化性。換刀時(shí)間較短，適用于刀庫(kù)距離主軸較遠(yuǎn)的場(chǎng)合。 1.2.3 典型換刀機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方式典型換刀機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方式 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)目前主要有液壓(包括氣液)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械式凸輪聯(lián)動(dòng)兩種。 a.液壓式：采用液壓式驅(qū)動(dòng)的 ATC，插、拔刀動(dòng)作均由油缸完成。常見(jiàn)的方案是機(jī)械手裝在套筒上，活塞桿固定，缸套同套筒一起移動(dòng)，油缸左右腔進(jìn)油完成換刀動(dòng)作。機(jī)械手的回轉(zhuǎn)既可采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)，也可采用直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)油缸通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)。 圖 1.6 凸輪聯(lián)動(dòng)式機(jī)械手 b.凸輪聯(lián)動(dòng)式：機(jī)械凸輪聯(lián)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的 ATC，插、拔刀動(dòng)作通常由凸輪驅(qū)動(dòng)擺桿來(lái)完成?；剞D(zhuǎn)動(dòng)作常通過(guò)弧面分度凸輪或平行分度凸輪帶動(dòng)滾子盤(pán)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械手或再通過(guò)一對(duì)齒輪驅(qū)動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)。典型的凸輪換刀裝置如圖 1.6 所示。 從已有統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，機(jī)械式凸輪聯(lián)動(dòng)換刀比液壓式驅(qū)動(dòng)換刀快大約 12倍。原因有以下幾個(gè)方面： (1) 凸輪聯(lián)動(dòng)驅(qū)動(dòng) ATC 動(dòng)作可重疊，液壓驅(qū)動(dòng)一般在前一動(dòng)作確認(rèn)無(wú)誤后，才能進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作。 (2) 前者驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可由設(shè)計(jì)者選擇，液壓驅(qū)動(dòng)卻不行。 (3) 在相同沖擊、振動(dòng)和噪聲指標(biāo)限制條件下，凸輪驅(qū)動(dòng)比液壓驅(qū)動(dòng)可獲得更大的換刀速度。另外，液壓驅(qū)動(dòng)裝置所使用的電磁閥及液壓元件的可靠性也比湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 6凸輪低得多。但凸輪的缺點(diǎn)是造價(jià)高，且長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)出現(xiàn)磨損，影響換刀動(dòng)作可靠性。 (4) 由于液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手需要采用嚴(yán)格的密封，還需較復(fù)雜的緩沖機(jī)構(gòu)，控制機(jī)械手動(dòng)作的電磁閥都有一定的時(shí)間常數(shù)，因此換刀速度較慢。凸輪聯(lián)動(dòng)式單臂雙抓機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不需要復(fù)雜的液壓系統(tǒng)及其密封、緩沖機(jī)構(gòu)，沒(méi)有漏油現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。 1.3.弧面凸輪式換刀機(jī)械手1.3.弧面凸輪式換刀機(jī)械手 弧面凸輪式換刀機(jī)械手15,16的核心部件為換刀弧面凸輪，它是一種高速、高精度的空間分度機(jī)構(gòu)，具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好，運(yùn)動(dòng)特性良好。這種機(jī)構(gòu)可以方便地采用各種豐富靈活的凸輪曲線(xiàn)，能實(shí)現(xiàn)各類(lèi)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制要求。自弧面凸輪式換刀機(jī)械手出現(xiàn)以來(lái)，以其換刀速度快，可靠性好，運(yùn)行平衡等優(yōu)點(diǎn)逐步取代了其它形式的換刀機(jī)構(gòu)， 其換刀時(shí)間一般可在 2 秒左右， 最快可到 0.5秒。 其主要特點(diǎn)有： 1. 高速。由于嚙合間隙小，因而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和沖擊小，動(dòng)態(tài)性能好，轉(zhuǎn)速可達(dá) 1200r/min，遠(yuǎn)超其它凸輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速。 2. 高剛度。結(jié)構(gòu)緊湊，可獲得很高的剛度。 3. 高精度。無(wú)須定位裝置，傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)精度高。 4. 低噪聲。滾子與凸脊側(cè)面為線(xiàn)接觸，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)剛性沖擊。 5. 高效益，長(zhǎng)壽，易調(diào)整。滾子與凸輪之間為滾動(dòng)磨擦傳動(dòng)，傳動(dòng)效率高，更換滾子方便。 6. 加工要求高。弧面凸輪為空間曲面，形狀復(fù)雜，制造加工困難。 1.4 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)1.4 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 加工中心是在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。1952 年，美國(guó)麻省理工學(xué)院首先實(shí)現(xiàn)了三坐標(biāo)銑床的數(shù)控化，數(shù)控裝置采用真空管電路。1955 年，第一次進(jìn)行了數(shù)控機(jī)床的批量制造。 數(shù)控機(jī)床是電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)的綜合應(yīng)用，是機(jī)械加工領(lǐng)域劃時(shí)代的重大技術(shù)突破。數(shù)控機(jī)床利用編程軟件，將簡(jiǎn)單工序集中起來(lái)，從而大大提高零件的加工效率和加工質(zhì)量。但在復(fù)雜零件工序高度集中時(shí)，必須頻繁地更換刀具以滿(mǎn)足不同工序的加工要求，從而限制了生產(chǎn)效率的提高。為了解決自動(dòng)換刀問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率，最早出現(xiàn)了轉(zhuǎn)塔頭立式鉆銑床。 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 71956 年日本富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床3,5。美國(guó) IBM 公司同期也研制成功了“APT”(刀具程序控制裝置)。1958 年美國(guó) K&T 公司研制出帶 ATC(自動(dòng)刀具交換裝置)的加工中心。同年，美國(guó) UT 公司首次把銑鉆等多種工序集中于一臺(tái)數(shù)控銑床中， 通過(guò)自動(dòng)換刀方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工， 成為世界上第一臺(tái)加工中心。 1967年出現(xiàn)了 FMS(柔性制造系統(tǒng))。1978 年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有 ATC 裝置可實(shí)現(xiàn)多種工序加工的機(jī)床，步入了機(jī)床發(fā)展的黃金時(shí)代。1983 年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了數(shù)控刀具錐柄的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)換刀系統(tǒng)便形成了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式。日本三井哲夫在上世紀(jì)八十年代中期將弧面凸輪用于 ATC 的刀臂旋轉(zhuǎn)控制， 取得極佳效果。20 年來(lái)此類(lèi)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)盛不衰，已成為 ATC 機(jī)構(gòu)的主流。目前發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控加工中心的自動(dòng)換刀機(jī)械手主要采用弧面凸輪式換刀機(jī)械手。 國(guó)際機(jī)床制造個(gè)業(yè)十分重視刀庫(kù)及 ATC 的研制和生產(chǎn)，已形成專(zhuān)業(yè)化的格局。 國(guó)外生產(chǎn) ATC 裝置的主要廠家有： 德國(guó) KTC 刀庫(kù)系統(tǒng)有限公司、 德國(guó) MIKSCH公司、德國(guó) Alfing-Kessler 公司、德國(guó) Homsberg-Lamb 公司、德國(guó) CHIRON 公司、奧地利 ANGERG 公司、意大利 MCM-CLOCK 公司、新加坡 SUGINO 公司、日本SODIC 公司、日本 FANUC 公司等13。 近 30 年來(lái)，臺(tái)灣機(jī)床行業(yè)迅速崛起，特別是機(jī)床功能部件的開(kāi)發(fā)得到高度重視。以德士、譚子、首輪、吉埔等公司為核心骨干，臺(tái)灣已成為刀庫(kù)和凸輪式 ATC的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)基地，不僅滿(mǎn)足了臺(tái)灣機(jī)床行業(yè)自身的需求，而且走向了歐美市場(chǎng)，近年來(lái)大舉進(jìn)入中國(guó)大陸市場(chǎng)，而且占有較大的市場(chǎng)份額。 隨著世界制造中心向中國(guó)的轉(zhuǎn)移，國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)正蓬勃發(fā)展，機(jī)床制造水平逐步提高，數(shù)控機(jī)床已成為機(jī)床生產(chǎn)廠家的主流產(chǎn)品，近年來(lái)每年舉辦的數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)充分展示我國(guó)數(shù)控裝備制造成果。同時(shí)，對(duì)加工中心功能部件的研究也引起了部分科研機(jī)構(gòu)和機(jī)床生產(chǎn)廠的高度重視，目前，國(guó)內(nèi)致力于自動(dòng)換刀機(jī)械手研制的單位有：北京機(jī)床研究所、大連組合機(jī)床研究所、北京發(fā)那科機(jī)電有限公司（由北京機(jī)床研究所與日本 FANUC 公司于 1992 年共同組建的合資公司）、北京第一機(jī)床廠、齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、寧夏小巨人機(jī)床有限公司（寧夏共享集團(tuán)與日本山崎馬扎克公司合資）、株洲金航凸輪精機(jī)有限公司等。但國(guó)產(chǎn)換刀機(jī)械手相比國(guó)外產(chǎn)品，在換刀精度、換刀速度和工作的可靠性等方面還存在有較大的差距，迄今為止，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床所配備的自動(dòng)換刀機(jī)械手主要依賴(lài)進(jìn)口，進(jìn)口地相對(duì)集中在臺(tái)灣17。 與國(guó)外成熟的技術(shù)相比，我國(guó)在自動(dòng)換刀裝置的研究上還存在一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要解決：如優(yōu)良運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)選擇、機(jī)構(gòu)運(yùn)行可靠性、換刀復(fù)合凸輪的設(shè)計(jì)，凸輪的精密加工等。為縮短差距，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家和科研單位正加強(qiáng)自動(dòng)換刀裝置的研制合作。2008 年 1 月，呼和浩特眾環(huán)（集團(tuán)）有限公司與清華大學(xué)就“數(shù)控機(jī)床功能部件關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目正式簽署了 “數(shù)控?fù)Q刀機(jī)構(gòu)空間凸輪設(shè)計(jì)制造湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 8技術(shù)研究” 協(xié)議和技術(shù)開(kāi)發(fā)合同書(shū)，旨在通過(guò)雙方合作，解決自動(dòng)換刀裝置在國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)難題。 1.5 課題研究意義1.5 課題研究意義 隨著我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展，以加工中心為代表的高檔數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)需求量與日俱增。為促進(jìn)國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床有發(fā)展，國(guó)家加大了科技投入。2007 年5 月國(guó)家發(fā)布了高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備重大專(zhuān)項(xiàng) ，其中將“大型刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置 ”列入國(guó)家“十一五”發(fā)展規(guī)劃和國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要。由此可見(jiàn)，高檔數(shù)控機(jī)床中的關(guān)鍵部件自動(dòng)換刀裝置的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題已得到國(guó)家的高度重視。因此，開(kāi)展自動(dòng)換刀裝置的研究，有利于促進(jìn)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，帶動(dòng)機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，振興民族工業(yè)。 1.6 主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排1.6 主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排 為實(shí)現(xiàn)高檔數(shù)控機(jī)床功能部件的國(guó)產(chǎn)化，本文主要研究弧面凸輪式換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)與制造問(wèn)題，包括運(yùn)動(dòng)循環(huán)過(guò)程設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)選擇、機(jī)構(gòu)運(yùn)行可靠性分析、弧面凸輪的設(shè)計(jì)、加工及機(jī)床加工仿真等。 各章節(jié)安排如下： (1) 第一章為緒論，綜述加工中心、換刀裝置已有成果，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，和本課題的研究意義。 (2) 第二章進(jìn)行工作循環(huán)圖的設(shè)計(jì)，在分析各類(lèi)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用 Matlab 軟件進(jìn)行了分析和優(yōu)化，找出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律優(yōu)化曲線(xiàn)。 (3) 第三章應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件 UG 建立了主要部件的零件模型和裝配模型，采用滾子軸心線(xiàn)轉(zhuǎn)角的造型方法，建立了理想的凸輪模型，同時(shí)得到可用于數(shù)控加工的輔助刀軌文件。 (4)第四章概述弧面凸輪的加工方法，并做出了最優(yōu)選擇，完成加工工藝及機(jī)床選型，并完成了 UG/GRIP 程序與人工混合編程。 (5) 第五章編寫(xiě)了加工刀軌文件，并建立虛擬機(jī)床，利用仿真技術(shù)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行模擬驗(yàn)證。同時(shí)，對(duì)刀軌進(jìn)行后處理工作，完成了自動(dòng)編程。 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 912453 第二章 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化 第二章 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化 弧面凸輪式機(jī)械手可以在所設(shè)定的周期內(nèi)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作協(xié)調(diào)，并完成規(guī)定的動(dòng)作循環(huán)。運(yùn)動(dòng)循環(huán)的設(shè)計(jì)是否合理，直接影響到機(jī)械的動(dòng)作的協(xié)調(diào)和工作的效率。作為應(yīng)用于高速間歇分度的弧面凸輪機(jī)構(gòu)，振動(dòng)、噪聲、沖擊和磨損對(duì)工作性能的影響是十分嚴(yán)重的。在選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，主要應(yīng)考慮使其具有較良好的動(dòng)力學(xué)特性，保證其加速度等性能指標(biāo)不太大而且不突變。因此從動(dòng)件規(guī)律的優(yōu)化選擇是影響機(jī)械手性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。 2.1 換刀機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)設(shè)計(jì)2.1 換刀機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)設(shè)計(jì) 2.1.1 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 機(jī)械循環(huán)圖是表示各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在自動(dòng)機(jī)械工作循環(huán)內(nèi)有相互關(guān)系的示意圖，是將機(jī)器各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)，按同一時(shí)間(或轉(zhuǎn)角)比例尺繪出的，并且以某一主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作起點(diǎn)為基準(zhǔn)，來(lái)表示各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)相對(duì)于該主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的先后次序，以達(dá)到相互協(xié)調(diào)的目的，也稱(chēng)為工作循環(huán)圖14,17。加工中心換刀機(jī)械手，在執(zhí)行換刀動(dòng)作的過(guò)程中，為保證各動(dòng)作的協(xié)調(diào)，需要使用運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。 2.1.2 換刀機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)循環(huán)換刀機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)循環(huán) 如圖 2.1 所示，換刀機(jī)械手進(jìn)行一次換刀循環(huán)的最基本動(dòng)作有： (1) 抓刀：機(jī)械手手臂旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，同時(shí)抓住主軸上和刀庫(kù)中的刀具。 (2) 拔刀：主軸松開(kāi)，機(jī)械手同時(shí)將主軸和刀庫(kù)中的刀具拔出。 (3) 換刀：機(jī)械手手臂向前旋轉(zhuǎn)180度，刀具交換位置，將主軸中的刀具和刀庫(kù)中處于換刀位置的刀具交換位置。 (4) 插刀：同時(shí)將刀具插入主軸和刀庫(kù)，然后主軸夾緊刀具。 (5) 復(fù)位：機(jī)械手手臂反向旋轉(zhuǎn)和動(dòng)作（1）中相同的角度，機(jī)械手回到原始位置，一個(gè)換刀周期完成。 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 10由以上換刀過(guò)程可知：換刀過(guò)程主要由兩個(gè)換刀運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)： 1）旋轉(zhuǎn)分度運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)換刀過(guò)程中機(jī)械手的抓刀、轉(zhuǎn)位 180 和返回安全位置等動(dòng)作。 2）換刀裝置的直線(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在換刀過(guò)程中的拔刀、插刀動(dòng)作。 其中換刀裝置的旋轉(zhuǎn)分度運(yùn)動(dòng)由弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。換刀過(guò)程中弧面凸輪作等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)輸出軸按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行定位旋轉(zhuǎn)；換刀裝置的直線(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)由平面溝槽凸輪擺動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。平面溝槽凸輪作等速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)搖臂機(jī)構(gòu)在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，搖臂再帶動(dòng)輸出軸作上下運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)中，弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)與平面凸輪擺動(dòng)機(jī)構(gòu)固連組合在一起，由同一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)凸輪運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)，使機(jī)械手在一個(gè)換刀運(yùn)作循環(huán)內(nèi)（一周旋轉(zhuǎn)）連續(xù)完成抓刀、撥刀、180 度換刀、插刀、回零動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手聯(lián)動(dòng)換刀。 2.1.3 換刀機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)的設(shè)計(jì)換刀機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)的設(shè)計(jì) 換刀機(jī)械手運(yùn)動(dòng)循環(huán)18的設(shè)計(jì)如圖 2.2 所示。圖中描述了 ATC 凸輪聯(lián)動(dòng)換刀動(dòng)作關(guān)系的曲線(xiàn)。凸輪從零位開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到1 時(shí)，機(jī)械手開(kāi)始抓刀。旋轉(zhuǎn)到2 時(shí)，機(jī)械手手臂旋轉(zhuǎn)1 角，完成抓刀動(dòng)作。凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到3 時(shí)，ATC開(kāi)始拔刀。 到5 時(shí)， 拔刀動(dòng)作完成。 從4 開(kāi)始到7， ATC 手臂從1 旋轉(zhuǎn)到3，完成 180換刀。從6 到8，ATC 完成插刀動(dòng)作。從9 到10，ATC 手臂從3 反轉(zhuǎn)到2，完成回零動(dòng)作，換刀結(jié)束。各轉(zhuǎn)角大小關(guān)系的確定，如圖 2.2 所示。各輸出機(jī)械手角度和輸出凸輪角度如下： 12456789310123湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 1117.5= 257.5= 382.5= 4117.5= 5135= 6210= 7242.5= 8262.5= 9302.5= 10352.5= 165= 2180= 3240= 115h = （1）凸輪的初始回轉(zhuǎn)角1的確定：當(dāng)換刀機(jī)械手位于零位時(shí)，凸輪的定位角53=。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制動(dòng)角度來(lái)定，一般取=10-30 度，1=0.5，上述設(shè)計(jì)中取值為1=7.5 度。 （2）凸輪的拔、插刀轉(zhuǎn)角53和86一般取 4060 之間，上述設(shè)計(jì)中取52.5。 （3）間歇角1，2的確定：132=，298=，當(dāng)凸輪在1及2角度之間旋轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)械手不動(dòng)作，主軸和刀套在凸輪從1轉(zhuǎn)到2之間完成松刀的動(dòng)作，在9轉(zhuǎn)到8之間完成刀具的鎖緊動(dòng)作。一般的1，2的取值相同，在040 度之間，也可以根據(jù)機(jī)床的不同特性取不同的值，以此來(lái)滿(mǎn)足不同的工作要求，上述設(shè)計(jì)中取值為1=25 度，2=40 度。 （4）重合角1，2的確定：在機(jī)械手工作過(guò)程中，升降凸輪和轉(zhuǎn)位凸輪的運(yùn)動(dòng)順序是升降凸輪完成插或拔刀動(dòng)作后，轉(zhuǎn)位凸輪才開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，這樣的工作循環(huán)中，兩凸輪機(jī)械的動(dòng)作不會(huì)發(fā)生干涉。但在實(shí)際的工作中，完全可以在升降凸輪沒(méi)完全完成動(dòng)作時(shí)，轉(zhuǎn)位凸輪就開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。這樣，兩個(gè)凸輪的動(dòng)作就有一部分是同時(shí)進(jìn)行的，就產(chǎn)生了一定的運(yùn)動(dòng)重疊。根據(jù)科研經(jīng)驗(yàn)和凸輪機(jī)構(gòu)的工作的實(shí)際情況，一般在升降凸輪達(dá)到總高度 80%時(shí)，轉(zhuǎn)位凸輪就可以旋轉(zhuǎn)，而不會(huì)影響到其它的機(jī)構(gòu)。比如當(dāng)采用修正正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，無(wú)因次量時(shí)間 T=0.7 時(shí)，S=0.82，所以一般設(shè)定，當(dāng)升降凸輪運(yùn)動(dòng)到總長(zhǎng)時(shí)間75%時(shí)，轉(zhuǎn)位凸輪就可以旋轉(zhuǎn)了。154=，276=，上述設(shè)計(jì)中取值為1=17.5 度，2=32.5 度。 （5）從動(dòng)件的抓刀轉(zhuǎn)角1，換刀轉(zhuǎn)角2，回位轉(zhuǎn)角180?一般根據(jù)具體的空間湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 12結(jié)構(gòu)來(lái)定：一般設(shè)1=3=32，取值60度到90度之間，本文中取值65度，2取值180度。 2.2 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)2.2 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì) 2.2.1 弧面凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律特點(diǎn)弧面凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律特點(diǎn) 弧面凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指分度轉(zhuǎn)盤(pán)的輸出運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其規(guī)律與特性直接影響凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的精確度、沖擊和振動(dòng)的大小。用于換刀機(jī)械手的弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律與一般凸輪機(jī)構(gòu)相比有幾個(gè)特點(diǎn)： （1）弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律只有工作行程（升程）而無(wú)回程，即總是升-停型運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)。升程為機(jī)構(gòu)中從動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的分度階段，停程為從動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的停歇階段。 （2）弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)一般是在中、高速情況下運(yùn)動(dòng)的，所以在選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)應(yīng)著重考慮其具有良好的動(dòng)力學(xué)特性，加速度A和躍度J的最值要小。 （3）弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)還要有較高的位置精度要求，為減少動(dòng)載扭曲，平均加速度A的值要較小，在定位位置附近J值要小而變化平緩。 2.2.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的無(wú)因次化運(yùn)動(dòng)參數(shù)的無(wú)因次化 正確選取從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律是凸輪設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。研究弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，總是以主動(dòng)凸輪的轉(zhuǎn)角 為自變量，一般凸輪的角速度為常數(shù)。而從動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)卻不盡相同17,19,20,。為研究方便，可將從動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的進(jìn)行歸一化處理：即將各運(yùn)動(dòng)量（時(shí)間、位移、速度、加速度等）都轉(zhuǎn)化成只表示相對(duì)比例關(guān)系的無(wú)因次量15,21,22（T，S，A，J） 。主要有以下項(xiàng)目： 時(shí)間T ： hhtTt= 位移S： sSh= 速度V： /hdSvVdTh t= 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 13加速度A： 222/hd SaAd Th t= 躍度J： 333/hd SaJd Th t= 式中: t為從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。 ht 為升程段或回程段的總時(shí)間。 h 為與ht 相對(duì)應(yīng)的位移。 2.2.3 弧面凸輪機(jī)構(gòu)基本的運(yùn)動(dòng)規(guī)律弧面凸輪機(jī)構(gòu)基本的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律15,23一般是由幾種基本運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)（如擺線(xiàn)曲線(xiàn)、簡(jiǎn)諧曲線(xiàn)和多項(xiàng)式曲線(xiàn)等）組合或變形而來(lái)的。這些運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面是幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律表達(dá)式及其特點(diǎn)： 1、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度按余弦規(guī)律變化，又稱(chēng)余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律，位移按簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化，其位移、速度、加速度、躍度表達(dá)式為： 2、擺線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律 擺線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度按正弦規(guī)律變化，又稱(chēng)正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律，位移按擺線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化，其位移、速度、加速度、躍度表達(dá)式為： 231(1 cos)2sin2cos2sin2STVTATJT= 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 14 21sin221 cos22 sin24cos2STTVTATJT= = 3、等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指加速與減速段具有相同的加速度值的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在所有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律中具有最小的最大加速度。 244STVTA= （加速段） 2241444STTVTA= += += （減速段） 4、梯形加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 梯形加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指速度和加速度及躍度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)呈梯形規(guī)律。它有加速度值比較小的優(yōu)點(diǎn)。 此外，還有如圓弧運(yùn)動(dòng)規(guī)律，橢圓運(yùn)動(dòng)規(guī)律等各種特性的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這里不作詳細(xì)列舉。 2.2.4 運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性值運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性值 為定量表示運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的性能，引入下列各特性值： 最大速度V ， 最大加速度 A ， 最大動(dòng)載轉(zhuǎn)矩特性值A(chǔ)V，4 最大躍度 J 這些特性值從不同角度反映凸輪機(jī)構(gòu)的工作性能。凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓壓力角一般隨速度的增大而增加。壓力角過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致磨損加劇，效率下降，甚至自鎖咬死， 因此當(dāng)凸輪尺寸較小或凸輪分度期轉(zhuǎn)角較小時(shí)， 宜選用V 值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。V與機(jī)構(gòu)的動(dòng)量有關(guān)，動(dòng)量大的機(jī)構(gòu)在突然停止時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力。因此對(duì)于承受重載、質(zhì)量大的分度轉(zhuǎn)盤(pán)，應(yīng)采用V 較小的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)。A與機(jī)構(gòu)的慣性力有關(guān)，A越大，則機(jī)構(gòu)的慣性力越大，慣性力是中、高速機(jī)構(gòu)所受的主要作用力，湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 15并且與凸輪轉(zhuǎn)速的平方成一定比例，故高速運(yùn)行時(shí)應(yīng)選用A 較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。J 是一種衡量振動(dòng)的指標(biāo)，在一定程度上表征了加速度曲線(xiàn)的連續(xù)性和平穩(wěn)性，因此也是選擇運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)。在高速機(jī)構(gòu)中，要求高階導(dǎo)數(shù)值連續(xù)，而且絕對(duì)值盡量要小，以便減少振動(dòng)，提高工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度。不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，各特征值都不相同，也就產(chǎn)生不同的沖擊力和慣性力，對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行結(jié)果產(chǎn)生重要的影響。常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律特征值如下： 1、 正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律 maxmaxmax26.2839.48VAJ= 2、 余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律 maxmaxmax1.974.93VAJ= 3、 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 maxmaxmax240VAJ= 2.2.5 通用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的構(gòu)建通用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的構(gòu)建 前述各種基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律雖然都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在各自的不足，甚至有的還存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)。可以根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，將上述基本曲線(xiàn)經(jīng)過(guò)組合與修正，從而得到運(yùn)動(dòng)特性值優(yōu)良的系列曲線(xiàn)。目前工程上應(yīng)用很廣的中速機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是把簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與梯形運(yùn)動(dòng)規(guī)律15,16,20組合起來(lái)，形成一類(lèi)運(yùn)動(dòng)特性?xún)?yōu)良的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這種通用的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律由七段簡(jiǎn)諧和梯形規(guī)律運(yùn)動(dòng)特性的曲線(xiàn)組成。它兼有梯形運(yùn)動(dòng)規(guī)律最大加速度A小和簡(jiǎn)諧曲線(xiàn)在兩端運(yùn)動(dòng)規(guī)律連續(xù)的優(yōu)點(diǎn)。其加速度曲線(xiàn)如下圖所示： 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 1611111221233234424554256626776sin(0)2()cos()20()sin()2()cos()2TATTTATTTTTATTTTTATTTTTATTTTTATTTTTATTTTT=iiii 圖 2.3 七段式簡(jiǎn)諧曲線(xiàn) 由文獻(xiàn)15可得，上述通用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的各加速度運(yùn)動(dòng)函數(shù)表達(dá)式如下所示： （2-1） 上式中A1為組合曲線(xiàn)加速度正最大值，A2為負(fù)最大加速度的絕對(duì)值，T0=0，T7=1，T1到T6將曲線(xiàn)分成七段，各段的不同取值對(duì)組合曲線(xiàn)的特性產(chǎn)生重大的影響。對(duì)公式（2-1）分別進(jìn)行求導(dǎo)、兩次積分，則分別得到躍度，速度及位移表達(dá)式。對(duì)躍度，加速度和速度分析是尋求優(yōu)良運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的基礎(chǔ)。 利用三角函數(shù)關(guān)系可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化公式，令 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 171()/(1)4iiiPTTFi=+ （2-2） 12()/iiiFTT= （2-3） i =1,2,3,4,5,6,7 則公式（2-1）可以簡(jiǎn)化為 11111213233425452562767sin(0)()sin()0()sin()()sin()APTTATTTAPTTTATTTAPTTTATTTAPTTT= （2-4） 對(duì)公式（3-4）微分,可得到躍度的表達(dá)式: 111133255277cos0cos0cos0cosAPFAPFJAPFAPF= (2-5) 對(duì)公式（2-4）積分兩次，可分別得到速度和位移的表達(dá)式: 111112233342555262777coscoscoscosAFPCATCA FPCVCA FPCATCA FPC+=+ (2-6) 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 182111112122233333442255552266227777sin/2sinsin/2sinAFPCTBATC TBA FPC TBSCBA FPC TBATC TBA FPC TB+=+ (2-7) 利用 T0=0時(shí)，V=0 S=0時(shí)，V=0 T7=1時(shí)，S=1 以及T1-T6處S與V的連續(xù)條件，從公式（2-5） （2-6）中可解出C，B ，A1，A2共計(jì)16個(gè)未知條件。 11221 1131 224133525462557266CF ACATCCATCCAFCCA FCCATCCATC= +=+=+= +=+= + (2-8) 12221111121223132223243343543542262655565227276667601()()21()()2()()1()()21()()2BBA FTT CCBBA FTT CCBBT CCBBT CCBBA FTT CCBBA FTT CCB= +=+=+=+=+= + (2-9) 122232113321211123222765565654() /2(1)()(1)()() /2()(1)(1)FTTFFTTTTFAFFFM FTTFTTTFT+=+(2-10) 公式（2-10）中123567()/()MFFFFFF=+ 21AMA= (2-11) 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 192.3 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的優(yōu)化2.3 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的優(yōu)化 通過(guò)上節(jié)對(duì)七段通用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的構(gòu)建，可從中發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)型從動(dòng)件的規(guī)律的變化完全由時(shí)間值T1、T2、T3、T4、T5，T6的值來(lái)決定。這些時(shí)間值的變化，不但決定了從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律類(lèi)型，還決定了各特征值的大小，從而為我們選擇合適的規(guī)律提供了思路。 2.3.1 時(shí)間取值對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響時(shí)間取值對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響 在自動(dòng)機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)中，有三種特殊的曲線(xiàn)應(yīng)用最為廣泛，它們是修正正弦，修正等速，修正梯形曲線(xiàn)。修正正弦曲線(xiàn)是在余弦曲線(xiàn)兩端各加上一段正弦曲線(xiàn)而得，這樣既保持了余弦曲線(xiàn)mV ,mA小的特點(diǎn)，又克服了其兩端加速度不連續(xù)的缺點(diǎn)。修正等速曲線(xiàn)是在等速度曲線(xiàn)的兩端各加上一段組合曲線(xiàn)（組合曲線(xiàn)由正弦，余弦，簡(jiǎn)諧組成）而得，這樣在保留了mV小的基礎(chǔ)上，又克服了原兩端加速度V不連續(xù)的缺點(diǎn)。同理修正梯形曲線(xiàn)是在等加速的不連續(xù)處（兩端和中間）加上簡(jiǎn)諧曲線(xiàn)作為過(guò)渡曲線(xiàn)來(lái)改善其性能。這三種曲線(xiàn)，看上去有較大區(qū)別，其實(shí)都可歸屬于七段通用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律。時(shí)間組合對(duì)曲線(xiàn)性質(zhì)變化的影響，如下表2.1所示。 七段通用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)T值組合表 T 曲線(xiàn)名稱(chēng) T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 等加速 0 0 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1 余弦 0 0 0 0.5 0.5 1 1 1 擺線(xiàn) 0 025 02505 05 075075 1 修正等速 0 1/16 1/16 1/4 3/4 15/16 15/16 1 修正正弦 0 1/8 1/8 1/2 1/2 7/8 7/8 1 修正梯形 0 1/8 3/8 1/2 1/2 5/8 7/8 1 非對(duì)稱(chēng)擺線(xiàn) 0 0.2 0.2 0.4 0.4 0.7 0.7 1 梯形擺線(xiàn) 0 1/8 3/8 1/2 1/2 5/8 5/8 1 單停留修正梯形 0 1/8 3/8 1/2 1/2 5/8 1 1 表 2.1 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 20 3011234561201TmmmVAdTVJAJTTTTTTT=ii2.3.2 優(yōu)化的目標(biāo)優(yōu)化的目標(biāo) 換刀機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)要求快速、平穩(wěn)，對(duì)振動(dòng)和精度也有要求。因此，運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)常取對(duì)mA求極小值，并對(duì)mV，mJ加以約束，而且在運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)尾段要求J值要較小，以減少振動(dòng)。其優(yōu)化目標(biāo)如下： 目標(biāo)：minA(T) 其中,設(shè)計(jì)變量T=T1，T2，T3，T4，T5，T6 約束條件為 （2-12） 上述優(yōu)化目標(biāo)中，因約束條件為變量T的非線(xiàn)性函數(shù)，能夠同時(shí)達(dá)到各參數(shù)最優(yōu)化并求解是困難的。為了比較全面地把握各個(gè)方面的情況，下面將對(duì)各種時(shí)間組合得到的加速度A和躍度J的曲線(xiàn)進(jìn)行分析與比較， 從中選擇出比較理想的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)。 2.3.3 MATLAB 簡(jiǎn)介及編程簡(jiǎn)介及編程 Matlab6.524軟件前身是由美國(guó)MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能為各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。Matlab工具箱中主要包括信號(hào)處理(signal processing)， 控制系統(tǒng)(control system)， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(neural network)，圖像處理(image processing),，魯棒控制(robust control)，非線(xiàn)形系統(tǒng)控制(nonlinear system control design)，系統(tǒng)辨識(shí)(system identification),小波(wavelet)等工具箱。這些工具箱給各個(gè)領(lǐng)域的研究和工程應(yīng)用提供了有力的工具。借助于這些“巨人肩上的工具” ，各個(gè)層次的研究人員可直觀方便的進(jìn)行分析、計(jì)算及設(shè)計(jì)工作，可以大大地節(jié)省軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間。 針對(duì)廣泛且蓬勃發(fā)展的圖像處理而開(kāi)發(fā)的Matlab圖像處理工具箱函數(shù)更是廣大從事圖像處理研究人員的利器。他包括了圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像壓縮、圖像分析、圖像分割及識(shí)別等大量基本命令和函數(shù)。本文基于Matlab在圖像處理上的強(qiáng)大功能，充分利用Matlab數(shù)學(xué)計(jì)算的能力，并在對(duì)有關(guān)資料的整理收集下，對(duì)簡(jiǎn)諧組合式運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)進(jìn)行分析和比較，從而選擇出較理想的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)。下面所示為部分程序： 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 21 syms x y x0 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 r1 r2 ymax ymin ; syms a a1 a2 m ; t0=0; t1=input(please input t1:) t2=input(please input t2:) t3=input(please input t3:) t4=input(please input t4:) t5=input(please input t5:) t6=input(please input t6:) t7=1; f1=2*(t1-t0)/pi; f2=2*(t2-t1)/pi; f3=2*(t3-t2)/pi; f4=2*(t4-t3)/pi; f5=2*(t5-t4)/pi; f6=2*(t6-t5)/pi; f7=2*(t7-t6)/pi; m=(f1+t2+f3-t1)/(f5+t6+f7-t5); r1=f7-f72+0.5*t62+f52-0.5*t52+f5*t4; r2=f32-0.5*t22-f12+0.5*t12-f3*t3; a=r2-m*r1; %a1=1/a; %a2=m*a1; a1=5.308; a2=5.31; x=linspace(0,1,1000); y=; for x0=x if x0=t1 y=y,a1/f1*cos(x0*pi/(t1*2); elseif x0=t2 y=y,0; elseif x0=t3 y=y,-a1/f3*sin(x0-t2)*pi/(t3-t2)*2); 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 22 elseif x0=t4 y=y,0; elseif x0=t5 y=y,-a2/f5*cos(x0-t4)*pi/(t5-t4)*2); elseif x0=t6 2.3.4 簡(jiǎn)諧曲線(xiàn)的簡(jiǎn)諧曲線(xiàn)的 A，J 圖及優(yōu)化選擇圖及優(yōu)化選擇 通過(guò)以上程序，可生成常用簡(jiǎn)諧曲線(xiàn)的A，J圖和各曲線(xiàn)特征值，如下所示。 1、 修正正弦曲線(xiàn)： 各時(shí)間值為：T1=1/8，T1=1/8，T3=1/2，T4=1/2，T5=7/8，T6=7/8如圖2.4可得a1=a2=5.528,躍度最大為69.47。 圖 2.4 2、 修正等速曲線(xiàn)： 各時(shí)間值為：T1=1/16，T1=1/16，T3=1/4，T4=3/4，T5=15/16，T6=15/16如圖2.5可得a1=a2=8.013,躍度最大為201.38。 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 23圖 2.5 3、 修正梯形曲線(xiàn)： 各時(shí)間值為：T1=1/8，T1=3/8，T3=1/2，T4=1/2，T5=5/8，T6=7/8，如圖2.6可得a1=a2=4.888,躍度最大為J=61.43。 圖 2.6 以上幾種修正曲線(xiàn)為凸輪設(shè)計(jì)中常用，比較而言，修正梯形曲線(xiàn)A和J的峰值較小，相對(duì)來(lái)說(shuō)適合作為弧面凸輪的設(shè)計(jì)曲線(xiàn)。 4、 優(yōu)化曲線(xiàn)選擇 為了得到更加理想的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)，在查找已有資料的基礎(chǔ)上，對(duì)各種組合進(jìn)行調(diào)試。下面的一條優(yōu)化曲線(xiàn)便是在某公司一成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，經(jīng)改進(jìn)和調(diào)試而得到的。 此運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)為非對(duì)稱(chēng)加速曲線(xiàn)，其各時(shí)間值為：T1=0.129，T2=0.279，T3=0.369，T4=0.6296，T5=0.8203，T6=0.9683，如下圖2.7可得a1=5.31,躍度最湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 24大為J=65,但其結(jié)束段J值較小，大約41左右，對(duì)于有多段停留段的弧面凸輪換刀機(jī)械手，此運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)更有利于提高停留精度和減少振動(dòng)。而且其a1和J的最大值同修正曲線(xiàn)相比，也比較理想。 圖 2.7 湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 25第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建模 第三章 機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建模 3.1 換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)3.1 換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu) 綜合考慮各種換刀方式的優(yōu)缺點(diǎn)，本文在換刀機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式上選用弧面凸輪聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)，主要由兩個(gè)聯(lián)動(dòng)凸輪(弧面凸輪和平面凸輪)來(lái)完成所有換刀動(dòng)作的控制。其中弧面凸輪帶動(dòng)機(jī)械臂按要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂抓刀、轉(zhuǎn)位和復(fù)位等動(dòng)作；平面凸輪通過(guò)搖桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)機(jī)械臂按要求的行程作上下直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)拔刀和插刀動(dòng)作。 機(jī)械臂采用單臂雙手式，換刀臂兩端各有一個(gè)抓刀手，換刀時(shí)換刀臂在弧面凸輪聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)的控制下同時(shí)抓取主軸和刀庫(kù)上的刀具，同時(shí)放回和裝入刀具，換刀時(shí)間短。刀庫(kù)采用盤(pán)式換刀方式 ，它能在較小的空間內(nèi)安裝較多的刀具，適合中小型加工中心的換刀。 3.2 弧面凸輪的設(shè)計(jì)3.2 弧面凸輪的設(shè)計(jì) 在換刀機(jī)械手中，弧面凸輪是其關(guān)鍵零件，直接影響到機(jī)械手在換刀過(guò)程中動(dòng)作的平穩(wěn)性、定位精度和換刀速度等，因此弧面凸輪的設(shè)計(jì)是換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的核心技術(shù)。 弧面凸輪機(jī)構(gòu)與平面凸輪機(jī)械相比，它具有體積小、機(jī)構(gòu)剛度大、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，多用于高速、高精度場(chǎng)合。但弧面凸輪的輪廓面為復(fù)雜的空間不可展面，設(shè)計(jì)計(jì)算繁雜，目前大多數(shù)文獻(xiàn)利用共軛曲面理論與包絡(luò)理論為基礎(chǔ)對(duì)弧面凸輪廓面進(jìn)行求解，以得到凸輪廓面的精確計(jì)算。 3.2.1 弧面凸輪求解坐標(biāo)系建立弧面凸輪求解坐標(biāo)系建立 弧面凸輪機(jī)構(gòu)的基本組成是由凸輪槽夾持滾子，滾子支撐在轉(zhuǎn)盤(pán)（從動(dòng)件）上。弧面凸輪（主動(dòng)件）作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)滾子驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)。滾子轉(zhuǎn)盤(pán)和弧面凸輪分別繞各自回轉(zhuǎn)中心定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩回轉(zhuǎn)定軸交錯(cuò)90度。運(yùn)動(dòng)分析圖 3.1 22湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文 26模型如圖3-1如示，弧面凸輪的等速回轉(zhuǎn)使從動(dòng)滾子盤(pán)按要求運(yùn)動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。 為求解弧面凸輪輪廓方程，需要建立弧面凸輪坐標(biāo)系。一般在弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)上建立四組直角坐標(biāo)系，如圖示。包括： （1） 與機(jī)架相連的定坐標(biāo)系o-xyz。 （2） 從動(dòng)件坐標(biāo)系o1-x1y1z1。 （3） 滾子坐標(biāo)系 o1-x1y1z1 （4）凸輪坐標(biāo)系o2-x2y2z2 3.2.2 弧面凸輪廓面方程弧面凸輪廓面方程 由空間嚙合原理，運(yùn)用空間回轉(zhuǎn)張量作分析工具，經(jīng)一系列復(fù)雜的推導(dǎo)，可得到以下的弧面分度凸輪的曲面方程。 3-1 3-2 1和2式組成了曲面方程。其中：Xc,Yc,Zc 為曲面上某點(diǎn)的坐標(biāo)。Xf,Yf,Zf為從動(dòng) 件 參 數(shù) 方 程 。lf為 從 動(dòng) 件 到 中 心 距 離 ，c為 主 動(dòng) 件 和 從 動(dòng) 件 中 心 距 。 1，2公別為滾子轉(zhuǎn)過(guò)角度和弧面凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角度，r為滾子半徑，f為滾子圓周參數(shù)并可由