借力CAD技術(shù)設(shè)計成形車刀

    成形車刀具有加工質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)率高、刀具壽命長的特點，但其設(shè)計和制造比較復(fù)雜。通過導(dǎo)入CAD/CAM技術(shù)，可有效縮短成形車刀的設(shè)計與制造過程，本文介紹了一種基於SolidWorks系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)的成形車刀三維設(shè)計新方法。

    成形車刀的刃形復(fù)雜，常常需要進(jìn)行繁瑣的修正計算。制造成形車刀時有一種方法叫反形法加工—即做成和工件形狀一樣的刀具（稱為二類成形車刀，就是制造成形車刀的成形車刀），按實際加工零件時的相對位置去切削成形車刀，這樣就無須進(jìn)行修正計算。然而苦于在應(yīng)用上的種種限制，這一方法在實際生產(chǎn)中很少被采用。

    現(xiàn)在，通過利用一種基于SolidWorks系統(tǒng)的成形車刀設(shè)計新方法，使上述反形法加工成為可能。它利用其特征造型、模擬裝配、直接生成關(guān)聯(lián)工程圖等多項功能實現(xiàn)成形車刀的參數(shù)化設(shè)計，對于不同的工件只需更改其二維廓形以及相應(yīng)的刀具參數(shù)便能直接得到相應(yīng)的刀具圖樣。

    下面以圖1所示的工件廓形和尺寸為例（取刀具的前角γf =10°、后角αf =12°），說明基于SolidWorks特征造型的成形車刀參數(shù)化設(shè)計的實現(xiàn)過程。

生成零件實體

    在SolidWorks中新建零件，選擇水平基準(zhǔn)面為草圖平面繪制軸線和半輪廓（圖1a），旋轉(zhuǎn)后得到零件的實體，如圖1 b所示。

圖1 工件草圖和實體

    以端面P為草圖平面，按前刀面和工件的相對位置（工件r1=10mm和水平面夾角處γf =10°）畫直線（見圖2a），以此直線切除上半部分零件得圖2b。

圖2 前刀面位置草圖和切除后的工件

在裝配體中進(jìn)行刀具實體的設(shè)計

    在SolidWorks中新建裝配體，將已經(jīng)完成的零件插入裝配體。在裝配體中插入新零件命名為“刀具”，選擇工件截切面為草圖平面，用實體引用命令得到此平面上的截形（如圖3a）。去掉部分無關(guān)的線條，保留切削刃部分線條并延長附加切削刃，然后在外側(cè)畫線形成封閉的圖形，此圖形即為刀具前刀面的截形，完成后如圖3b所示（圖中燕尾榫未畫出，后用切除法予以實現(xiàn)）。

圖3 刀具前刀面的生成

    再以端面P為草圖平面，在此草圖中畫直線定出刀具后刀面的位置。以前刀面截形為截面、后刀面位置的直線為路徑，用掃描命令生成刀具實體。

    將刀具的底邊按和后刀面垂直的要求切齊，再用切除命令生成燕尾榫，刀具實體的設(shè)計即告完成。圖4a是刀具的軸側(cè)圖，圖4b為其渲染圖。

圖4 刀具的軸側(cè)圖和渲染圖

生成刀具工程圖樣

    在Solid Works中新建工程圖，將刀具零件拖進(jìn)工程圖即可。當(dāng)需要刀具的截形參數(shù)時，在SolidWorks中確定適當(dāng)?shù)钠拭嫖恢眉纯芍苯拥玫剿�需剖面圖。

獲取刀具法面截形參數(shù)

    在CAM環(huán)境下，可以直接獲取刀具法面截形參數(shù)，然后利用這些參數(shù)編程，在線切割機(jī)床上切割出刀具的后刀面。在SolidWorks中獲取參數(shù)的方法是：將工程圖另存成dxf或dwg格式，再在AutoCAD中打開dxf或dwg文件，定義適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，用List查詢命令即可獲得法面截形中每一線段的參數(shù)。

    如圖5中23段和567段線段，在零件圖上23段是錐面的直線、567段是圓弧。傳統(tǒng)的成形車刀設(shè)計方法在刀具上是將之分別簡化成直線和圓弧，由此會帶來雙曲線誤差。這里用List查詢命令得知23段不是直線、567段也不是圓弧，而是樣條曲線。樣條曲線是一種在若干個控制點坐標(biāo)間進(jìn)行擬合的曲線。

圖5 刀具法面截形參數(shù)

    表1列出了23段和567段樣條曲線控制點坐標(biāo)查詢結(jié)果。讀者如果按照同樣方法操作時需注意，因為坐標(biāo)系和圖形位置的不同會得到不同的坐標(biāo)值，但只要工件和刀具參數(shù)一致，其相對坐標(biāo)值便會是同樣的。

表1 23段、567段樣條曲線控制點的坐標(biāo)值

    SolidWorks是基于特征的參數(shù)化實體造型軟件，可以通過尺寸的改變來對實體進(jìn)行編輯。因此，只要將以上生成的工件和刀具的裝配體文件作為一個樣板文件，利用裝配圖中進(jìn)行零件設(shè)計的功能，在零件的草圖平面重新定義零件的廓形生成新的零件實體，再根據(jù)新的要求重新定義γf和αf等的刀具參數(shù)，即可直接得到新的刀具實體。

    由于SolidWorks的工程圖樣同實體相關(guān)聯(lián)，在工程圖樣上的廓形和尺寸會做相應(yīng)改變。要想獲得截形線段的坐標(biāo)參數(shù)，只需重新將刀具工程圖Save as成dxf或dwg檔，然后在AutoCAD中用List命令進(jìn)行查詢即可。