師潤平　韓春鈺

(①賀州學(xué)院，廣西 賀州542899；②深圳市航天精密刀具有限公司，廣東 深圳518109)

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基于SolidWorks機(jī)夾式復(fù)雜型面銑刀設(shè)計*

賀州學(xué)院博士科研啟動基金項目(HZUJS201514)

師潤平①韓春鈺②

(①賀州學(xué)院，廣西 賀州542899；②深圳市航天精密刀具有限公司，廣東 深圳518109)

成形銑削是高效率、高精度加工復(fù)雜型面工件的先進(jìn)方法，但所使用的機(jī)夾式復(fù)雜型面銑刀的設(shè)計制造比較復(fù)雜，利用SolidWorks強(qiáng)大的實體建模功能、裝配功能和干涉檢查等功能可以使機(jī)夾式復(fù)雜型面銑刀的設(shè)計過程快捷而可靠。

機(jī)夾式；復(fù)雜型面；銑刀；SolidWorks

標(biāo)準(zhǔn)刀具已不能滿足工件上復(fù)雜型面的加工要求，成形刀具是解決這一問題的途徑。外形尺寸較小的成形刀具，一般采用整體式或焊接式結(jié)構(gòu)；而對于外形尺寸大的成形刀具，采用整體式或焊接式結(jié)構(gòu)不經(jīng)濟(jì)，制造工藝上也不可行，而采用機(jī)夾式成形銑刀則可大大提高加工效率、降低加工成本。傳統(tǒng)設(shè)計方法中，設(shè)計人員的專業(yè)水平?jīng)Q定了產(chǎn)品的設(shè)計水平，設(shè)計者個人的實踐經(jīng)驗在設(shè)計過程中占有相當(dāng)重要的作用，制約了刀具設(shè)計水平的整體提高，不能滿足刀具高速發(fā)展的要求。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多計算機(jī)輔助設(shè)計軟件如Unigraphics Solutions公司的Unigraphics、PTC公司的Pro/Engineer、SolidWork公司的SolidWorks等已具有強(qiáng)大的三維實體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等功能，通過軟件分析和計算，能顯著減少設(shè)計時間，顯著減少樣機(jī)或樣品性能測試的次數(shù)。計算機(jī)輔助設(shè)計軟件在刀具設(shè)計中的應(yīng)用使得復(fù)雜刀具的設(shè)計變得簡單而精確。深圳航天精密刀具有限公司受客戶委托為其設(shè)計一款用于加工復(fù)雜型面的機(jī)夾式銑刀，要求加工的型面如圖1所示。該刀具的設(shè)計，就是用SolidWorks軟件完成的。

1　新舊加工工藝對比

1.1舊工藝的缺點(diǎn)

此零件舊的加工工藝是在刨床上進(jìn)行仿形刨加工出工作型面的形狀。所使用的刀具是整體式成形刨刀。這種工藝的缺點(diǎn)是，刀具只要有部分破損，便要更換整個刀具，造成加工成本增加，效率低。而且零件精度也較差，對操作工人的技術(shù)水平要求高。

1.2新工藝的特點(diǎn)

新的加工工藝是使用機(jī)夾式銑刀在加工中心上進(jìn)行成形銑削。加工中心的使用大大提高了加工精度。采用機(jī)夾式結(jié)構(gòu)，在正常使用情況下，刀體壽命比較長，不易損壞。單邊切削刃用鈍或刀片損壞后，只需更換刀片，降低了生產(chǎn)成本，提高了加工效率。

2　機(jī)夾式復(fù)雜型面銑刀的設(shè)計

2.1刀片的設(shè)計

要切出工件上所要求的輪廓外形，刀具軸向上必須至少具有一條與其形狀相同的整體成形切削刃，或通過處于不同周向位置的刀片切削刃在軸向疊合后形成與其形狀相同的搭接成形切削刃。機(jī)夾式銑刀采用的正是后者。由于采用的是成形銑削，刀片的設(shè)計必須基于工件外形輪廓。利用AutoCAD的二維繪圖功能可方便地對工件輪廓進(jìn)行劃分，從而確定刀片的數(shù)量及外形。利用SolidWorks的實體造型功能可繪制刀片的三維圖形。具體方法如下：

(1)首先利用AutoCAD繪制出工件的外形曲線，如圖2a所示。

(2)對工件外形曲線進(jìn)行劃分，確定刀片輪廓。劃分原則為：刀片結(jié)構(gòu)合理、易于制造，刀片數(shù)量越少越好。對工件外形劃分后的刀片輪廓如圖2b所示。為了保證刀片組合后能切出完整的工件輪廓，相鄰的刀片在接合處必須有部分輪廓是重合的。

(3)根據(jù)劃分好的刀片輪廓，利用SolidWorks建立刀片的實體模型，如圖2c、d所示。

2.2刀體的設(shè)計

刀體的設(shè)計其實就是各刀片空間位置的確定，只有每個刀片都處于正確的空間位置，組合后的整體刃形才是正確的。確定每個刀片的空間位置是機(jī)夾式銑刀設(shè)計中最繁瑣的環(huán)節(jié)，不但占用設(shè)計人員的大量時間，而且還容易出錯。利用SolidWorks的多種功能可以很方便快速地確定每個刀片的位置，從而設(shè)計出刀體的結(jié)構(gòu)。具體方法如下：

(1)首先根據(jù)工件外形曲線，使用旋轉(zhuǎn)凸臺造型功能建立刀體基本體，如圖3所示。

(2)根據(jù)第一片刀片的尺寸，使用拉伸切除功能在刀體基本體上切出刀片槽，并使用圓周陣列功能在刀體上陣列出周向上的其他刀片槽，如圖4a所示。

(3)使用拉伸切除功能切出第二個刀片槽，第二個刀片槽要與第一個刀片槽在軸向上相鄰搭接，周向上錯開一個角度。這樣排列刀片的目的是使刀片處于不同的周向位置，保證刀具能夠輕快切削，如圖4b所示。

(4)同上所述，依次完成各刀片槽的造型，用拉伸切除功能切出各刀片槽上安裝刀片的螺紋孔。為增大排屑空間及增加刀具美觀，在保證刀具強(qiáng)度的前提下切去刀具后刀面上多余的部分，最終完成刀體的造型，如圖4c所示。

2.3模擬裝配及干涉檢查

應(yīng)用SolidWorks的裝配功能，將設(shè)計好的刀片、刀體、螺釘進(jìn)行模擬裝配，完成的刀具裝配實體如圖5所示。

對裝配體進(jìn)行干涉檢查，以檢查刀片與刀片槽是否存在干涉。在本次刀具的設(shè)計中沒有出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。如果存在干涉，可通過調(diào)整刀片槽之間錯開的角度或刀片槽形狀消除。

2.4生成工程圖

將裝配體和零件實體轉(zhuǎn)換為工程圖，如圖6所示。并進(jìn)行尺寸標(biāo)注和補(bǔ)充必要視圖，完善圖紙。

3　結(jié)語

成形銑削是一種先進(jìn)的用于加工具有復(fù)雜型面工件的加工方法，可以顯著降低生產(chǎn)成本，提高效率和加工精度。但所使用的機(jī)夾式復(fù)雜型面銑刀的設(shè)計制造比較復(fù)雜，使用三維設(shè)計軟件SolidWorks進(jìn)行輔助設(shè)計，利用其實體建模功能、裝配功能和干涉檢查等功能，可以很好的解決設(shè)計中遇到的難題，使得設(shè)計變得簡單。

[1]李凱嶺，袁濤. 基于SolidWorks的三維參數(shù)化國標(biāo)注塑模架庫的開發(fā)[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報，2005(1)：100-103.

[2]盧亮明. 系列化參數(shù)化設(shè)計在機(jī)箱機(jī)柜設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 電子機(jī)械工程，2001(5)：29-35.

[3]毛紀(jì)文. 可轉(zhuǎn)位面銑刀參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)[J]. 機(jī)械工程師，2002(4)：25-27.

[4]鄭險峰，李小雙. 可轉(zhuǎn)位銑刀的合理選用[J].應(yīng)用科技，1999(6)：38-41.

[5]彥建軍，林漢同，陳立亮,等. 面向裝配的回轉(zhuǎn)體零件砂型低壓鑄造模具和工裝的并行設(shè)計[J]. 鑄造，2002(8)：481-483.

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·名詞解釋·

超精密加工超精密加工是20世紀(jì)60年代為了適應(yīng)核能、大規(guī)模集成電路、激光和航天等尖端技術(shù)的需要而發(fā)展起來的精度極高的加工技術(shù)。超精密加工的精度比傳統(tǒng)的精密加工提高了一個以上的數(shù)量級。到20世紀(jì)80年代，加工尺寸精度可達(dá)10納米(1×10-8米)，表面粗糙度達(dá)1納米。超精密加工對工件材質(zhì)、加工設(shè)備、工具、測量和環(huán)境等條件都有特殊的要求，需要綜合應(yīng)用精密機(jī)械、精密測量、精密伺服系統(tǒng)、計算機(jī)控制以及其他先進(jìn)技術(shù)。超精密加工包括：①超精密切削加工。如超精密車削、鏡面磨削、研磨等，常用于加工有色金屬材料的球面、非球面和平面的反射鏡等高精度、表面高度光潔的零件。②超精密特種加工。如機(jī)械化學(xué)拋光、離子濺射和離子注入、電子束曝射、激光束加工、金屬蒸鍍、分子束外延等，其原理是應(yīng)用化學(xué)能、電化學(xué)能、熱能或電能等，使這些能量超越原子間的結(jié)合能，從而去除工件表面的部分原子間的附著、結(jié)合或晶格變形等，以達(dá)到超精密加工的目的。

拉拔機(jī)拉拔機(jī)是對金屬材料進(jìn)行拉拔的設(shè)備。通過拉拔使金屬材料的直徑發(fā)生改變，以達(dá)到所需的直徑要求。通過空拉，游頭拉等各種拉拔方式及改變模具可拉制各種不同規(guī)格直徑的棒材和管材。

Design of machine clamp milling cutter with complex surface based on SolidWorks

SHI Runping①, HAN Chunyu②

(①Hezhou University, Hezhou 542899, CHN;②Shenzhen Aerospace Precision Tool Co., Ltd., Shenzhen 518109, CHN)

Forming milling is a high efficiency and precision machining way for complex surface parts, but the design and manufacturing technology of machine clamp milling cutter used for complex surface machining is more complex, SolidWorks with powerful function of entity modeling, assembly and interference check can make the design process of machine clamp milling cutter high-efficient and reliable.

mechanically clamped; complex surface; milling cutter; SolidWorks

TG714

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.07.015

師潤平，男,1968年生，研究員,博士,主要研究方向為切削加工與刀具技術(shù)。

(編輯孫德茂)(2016-03-14)

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