基于激光加工与CAD绘图的机构设计与组装

引言

在实践中,通常采用图形结合运动分析与计算来进行机构的方案设计,但单靠几何图形来设计动态机构,尤其是要实现一个精准的运动机构,其实是有一定困难的。这样的设计方式,往往需要一个相对较长的时间周期,同时也需要较复杂的计算来对动作过程进行分析。如此一来,不仅设计难度加大,设计的周期也会延长。

1机构设计过程

如果将CAD绘图与激光加工相结合,可直接通过CAD进行机构的设计与分析,再将CAD设计的机构零件进行激光加工,最终对实物零件进行装配与运动演示。

1.1设计分析

本文以曲柄齿轮齿条机构的设计为例,具体地进行激光加工与CAD相结合的方法探究。

该机构要求如图1所示,固定轴之间的距离为40mm,摆动角度为60°。分析该机构,主要包含曲柄摆杆机构、齿轮齿条机构,总体为组合机构。该机构的工作原理是:当曲柄盘转动时,曲柄销在滑槽内滑动,带动滑槽齿轮进行往复摆动,滑槽齿轮再带动齿条来回移动。

1.2设计计算

由摆动角度60°,计算出a=r×sin30°,得a=20mm,由此计算出曲柄长度为20mm,如图2所示。

再根据极限位置,由Lmin=40-20=20mm,Lmax=40＋20=60mm,L>40mm,确定滑槽的长度及位置,如图3所示。

然后计算齿轮齿条部分,根据齿轮公式d=mz,设m=2,z=30,得d=60mm,周长L=m×60,则齿条移动距离S=(m×60×60)/360=31.4mm。最终设计的图形如图4所示。

2激光切割加工

将设计的CAD图形进行排版,如图5所示,转成dxf格式,导入到激光加工机的软件中,进行参数设置,然后激光加工。最后对加工的零件进行组装,如图6所示。

3结语

对于机构的设计,其中的零件图形也许并不复杂,但如果需要一个运动状态,尤其是需要一个精准的运动状态时,单靠静态图形来设计动态机构,其实是有难度的,除了需要大量的计算,还要反复进行运动分析。但如果通过CAD软件与激光加工相结合来进行机构的设计与装配,不仅可以通过CAD绘图来减少计算量,从而降低设计的难度,还能够通过加工出的实物来进行机构的运动演示,尤其是复杂机构的演示。总的来讲,将激光加工与CAD绘图相结合来进行机构的设计与装配,不仅可以化难为易,同时还能提高设计效率。