CamForge

凸轮机构运动学模拟器 | Cam Mechanism Kinematics Simulator

English | 中文

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中文

简介

CamForge 是一款现代化的凸轮机构运动学模拟器，支持桌面应用和 Web 服务器双模式部署。它能够帮助工程师、学生和研究人员快速设计、分析和优化凸轮机构，支持多种运动规律和实时可视化。

结果展示

桌面端界面

移动端界面

凸轮动画演示

分析图表

凸轮轮廓	运动曲线

压力角曲线	曲率半径曲线

部署模式

模式	说明	适用场景
桌面应用	Tauri + SolidJS，支持所有功能	个人使用、离线使用
Web 服务器	Axum + SolidJS，支持在线部署	团队协作、在线演示

功能特性

运动规律支持

序号	运动规律	英文名称	特点
1	等速运动	Uniform Motion	最简单的运动规律，存在刚性冲击
2	等加速等减速	Constant Acceleration	存在柔性冲击
3	简谐运动	Simple Harmonic	无冲击，适用于中低速
4	摆线运动	Cycloidal	无冲击，动力性能好
5	3-4-5 多项式	3-4-5 Polynomial	无冲击，加速度连续
6	4-5-6-7 多项式	4-5-6-7 Polynomial	无冲击，加加速度连续

实时可视化

• 凸轮轮廓图：实时显示理论轮廓与实际轮廓（滚子从动件）
• 运动曲线图：位移、速度、加速度曲线同步显示
• 压力角曲线：实时监测压力角是否超限
• 曲率半径曲线：检测轮廓是否变尖或失真
• 动画演示：直观展示凸轮机构运动过程

显示选项

• 切线/法线显示
• 压力角弧显示
• 基圆/偏距圆显示
• 上止点/下止点标记
• 节点标记
• 相位边界线

多格式导出

格式	说明
DXF	AutoCAD 兼容的矢量格式，可用于 CNC 加工
CSV	通用数据格式，可用 Excel 打开
Excel	包含完整数据的电子表格
SVG	矢量图形格式，可无损缩放
PNG	高分辨率图片（支持 600 DPI）
TIFF	无损图像格式，支持 LZW 压缩与 DPI 元数据
GIF	动画格式，展示凸轮运动过程
JSON	预设配置文件，方便参数保存与分享

技术栈

技术	版本	用途
Tauri	v2	跨平台桌面应用框架
SolidJS	1.9	响应式前端框架
TypeScript	5.8	类型安全的 JavaScript
Tailwind CSS	4.2	原子化 CSS 框架
Rust	1.70+	高性能后端计算
Axum	0.7	HTTP API 服务器

快速开始

环境要求

• Node.js 18.0 或更高版本
• pnpm 8.0 或更高版本
• Rust 1.70 或更高版本
• Windows 10/11、macOS 或 Linux

安装依赖

# 克隆仓库
git clone https://github.com/EkaEva/CamForge.git
cd camforge

# 安装前端依赖
pnpm install

开发模式

# 桌面应用
pnpm tauri dev

# Web 服务器
pnpm build && cargo run -p camforge-server

构建发布

# 桌面应用
pnpm tauri build

# Web 服务器（Docker）
docker-compose up -d

构建产物位于 src-tauri/target/release/bundle/ 目录下。

使用指南

基本参数

参数	说明	单位
推程运动角 (δ₀)	推杆上升阶段凸轮转角	°
远休止角 (δ₀₁)	推杆静止在上止点的阶段	°
回程运动角 (δᵣ)	推杆下降阶段凸轮转角	°
近休止角 (δ₀₂)	推杆静止在下止点的阶段	°
行程 (h)	推杆最大位移	mm
基圆半径 (r₀)	凸轮最小向径	mm
偏距 (e)	推杆导路与凸轮轴心的偏移量	mm
角速度 (ω)	凸轮旋转角速度	rad/s
滚子半径 (rᵣ)	滚子从动件的滚子半径，0 表示尖底从动件	mm
压力角阈值	许用压力角，超过时显示警告	°

键盘快捷键

快捷键	功能
Space	播放/暂停动画
←	单帧后退（暂停时）
→	单帧前进（暂停时）
Ctrl+Z	撤销参数修改
Ctrl+Y	重做参数修改

注：快捷键仅在凸轮轮廓页面有效

项目结构

camforge/
├── crates/                    # Rust crates
│   ├── camforge-core/         # 共享核心库
│   │   └── src/
│   │       ├── motion.rs      # 运动规律计算
│   │       ├── full_motion.rs # 全运动周期计算
│   │       ├── profile.rs     # 轮廓计算
│   │       ├── geometry.rs    # 几何分析
│   │       └── types.rs       # 类型定义
│   └── camforge-server/       # HTTP API 服务器
│       └── src/
│           ├── main.rs        # 服务器入口
│           └── routes/        # API 路由
├── src/                       # 前端源码
│   ├── components/            # UI 组件
│   ├── exporters/             # 导出模块（DXF/CSV/Excel/TIFF）
│   ├── hooks/                 # 自定义 Hooks
│   ├── stores/                # 状态管理
│   ├── constants/             # 常量定义
│   ├── types/                 # 类型声明
│   ├── api/                   # API 适配层
│   ├── i18n/                  # 国际化
│   └── utils/                 # 工具函数
├── src-tauri/                 # Tauri 桌面应用
│   └── src/
│       ├── lib.rs             # 应用入口
│       └── commands/          # Tauri 命令
├── docs/                      # 文档
├── Dockerfile                 # Docker 部署
├── docker-compose.yml         # Docker Compose
└── Cargo.toml                 # Workspace 配置

开发路线

• 6 种运动规律（等速、等加速、简谐、摆线、3-4-5、4-5-6-7 多项式）
• 凸轮轮廓绘制与动画演示
• 压力角 / 曲率半径实时分析
• 多格式导出（DXF、CSV、Excel、SVG、PNG、TIFF、GIF、JSON）
• 中英文国际化
• 撤销 / 重做
• 桌面端 + Web 服务器双模式部署（Tauri / Axum / Docker）
• 跨平台支持（Windows / macOS / Linux / iOS / Android）
• 移动端响应式布局与触摸手势
• Material Design 3 设计系统
• 安全加固（CSP nonce、速率限制、HSTS、Docker 非 root）
• 5 种从动件类型（直动尖底、直动滚子、直动平底、摆动滚子、摆动平底）
• 凸轮机构优化算法

许可证

本项目基于 MIT License 开源。

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English

Overview

CamForge is a modern cam mechanism kinematics simulator that supports both desktop application and web server deployment. It helps engineers, students, and researchers quickly design, analyze, and optimize cam mechanisms with support for various motion laws and real-time visualization.

Showcase

Desktop Interface

Mobile Interface

Cam Animation Demo

Analysis Charts

Cam Profile	Motion Curves

Pressure Angle	Curvature Radius

Deployment Modes

Mode	Description	Use Case
Desktop App	Tauri + SolidJS with full functionality	Personal use, offline use
Web Server	Axum + SolidJS for online deployment	Team collaboration, online demo

Features

Motion Laws

No.	Motion Law	Characteristics
1	Uniform Motion	Simplest motion law, has rigid impact
2	Constant Acceleration	Has flexible impact
3	Simple Harmonic	No impact, suitable for medium-low speed
4	Cycloidal	No impact, good dynamic performance
5	3-4-5 Polynomial	No impact, continuous acceleration
6	4-5-6-7 Polynomial	No impact, continuous jerk

Real-time Visualization

• Cam Profile: Real-time display of theoretical and actual profiles (roller follower)
• Motion Curves: Synchronous display of displacement, velocity, and acceleration
• Pressure Angle Curve: Real-time monitoring of pressure angle limits
• Curvature Radius Curve: Detection of profile cusps or undercutting
• Animation: Intuitive demonstration of cam mechanism motion

Display Options

• Tangent/Normal lines
• Pressure angle arc
• Base circle/Offset circle
• Upper/Lower limit marks
• Node markers
• Phase boundary lines

Multi-format Export

Format	Description
DXF	AutoCAD-compatible vector format for CNC machining
CSV	Universal data format, can be opened with Excel
Excel	Spreadsheet with complete data
SVG	Vector graphics format, scalable without quality loss
PNG	High-resolution image (supports 600 DPI)
TIFF	Lossless image format with LZW compression and DPI metadata
GIF	Animation format showing cam motion
JSON	Preset configuration file for parameter saving and sharing

Tech Stack

Technology	Version	Purpose
Tauri	v2	Cross-platform desktop framework
SolidJS	1.9	Reactive frontend framework
TypeScript	5.8	Type-safe JavaScript
Tailwind CSS	4.2	Utility-first CSS framework
Rust	1.70+	High-performance backend computation
Axum	0.7	HTTP API server

Quick Start

Prerequisites

• Node.js 18.0 or higher
• pnpm 8.0 or higher
• Rust 1.70 or higher
• Windows 10/11, macOS, or Linux

Installation

# Clone the repository
git clone https://github.com/EkaEva/CamForge.git
cd camforge

# Install frontend dependencies
pnpm install

Development Mode

# Desktop app
pnpm tauri dev

# Web server
pnpm build && cargo run -p camforge-server

Build for Production

# Desktop app
pnpm tauri build

# Web server (Docker)
docker-compose up -d

Build artifacts are located in src-tauri/target/release/bundle/.

Usage Guide

Basic Parameters

Parameter	Description	Unit
Rise Motion Angle (δ₀)	Cam rotation angle during rise phase	°
Outer Dwell (δ₀₁)	Dwell at maximum displacement	°
Return Motion Angle (δᵣ)	Cam rotation angle during return phase	°
Inner Dwell (δ₀₂)	Dwell at minimum displacement	°
Stroke (h)	Maximum follower displacement	mm
Base Radius (r₀)	Minimum cam radius	mm
Offset (e)	Distance between follower axis and cam center	mm
Angular Velocity (ω)	Cam rotation speed	rad/s
Roller Radius (rᵣ)	Roller radius (0 for knife-edge follower)	mm
Pressure Angle Limit	Maximum allowable pressure angle	°

Keyboard Shortcuts

Shortcut	Function
Space	Play/Pause animation
←	Step backward (when paused)
→	Step forward (when paused)
Ctrl+Z	Undo parameter change
Ctrl+Y	Redo parameter change

Note: Shortcuts only work on the Cam Profile page

Project Structure

camforge/
├── crates/                    # Rust crates
│   ├── camforge-core/         # Shared core library
│   │   └── src/
│   │       ├── motion.rs      # Motion law calculation
│   │       ├── full_motion.rs # Full motion cycle calculation
│   │       ├── profile.rs     # Profile calculation
│   │       ├── geometry.rs    # Geometry analysis
│   │       └── types.rs       # Type definitions
│   └── camforge-server/       # HTTP API server
│       └── src/
│           ├── main.rs        # Server entry
│           └── routes/        # API routes
├── src/                       # Frontend source code
│   ├── components/            # UI components
│   ├── exporters/             # Export modules (DXF/CSV/Excel/TIFF)
│   ├── hooks/                 # Custom hooks
│   ├── stores/                # State management
│   ├── constants/             # Constants
│   ├── types/                 # Type declarations
│   ├── api/                   # API adapter layer
│   ├── i18n/                  # Internationalization
│   └── utils/                 # Utility functions
├── src-tauri/                 # Tauri desktop app
│   └── src/
│       ├── lib.rs             # App entry
│       └── commands/          # Tauri commands
├── docs/                      # Documentation
├── Dockerfile                 # Docker deployment
├── docker-compose.yml         # Docker Compose
└── Cargo.toml                 # Workspace config

Roadmap

• 6 motion laws (Uniform, Constant Acceleration, Simple Harmonic, Cycloidal, 3-4-5 Polynomial, 4-5-6-7 Polynomial)
• Cam profile drawing & animation
• Pressure angle / curvature radius real-time analysis
• Multi-format export (DXF, CSV, Excel, SVG, PNG, TIFF, GIF, JSON)
• Chinese/English internationalization
• Undo / Redo
• Desktop + Web server dual-mode deployment (Tauri / Axum / Docker)
• Cross-platform support (Windows / macOS / Linux / iOS / Android)
• Mobile responsive layout & touch gestures
• Material Design 3 design system
• Security hardening (CSP nonce, rate limiting, HSTS, Docker non-root)
• 5 follower types (translating knife-edge, translating roller, translating flat-faced, oscillating roller, oscillating flat-faced)
• Cam mechanism optimization algorithm

License

This project is open-sourced under the MIT License.

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Made with ❤️ by CamForge Team