余志偉

（江漢大學(xué)智能制造學(xué)院， 湖北 武漢 430056）

引言

銑刀頭是銑床上的專用部件，用于零件的銑削加工。銑刀頭主要有座體、軸、端蓋、帶輪、調(diào)整環(huán)、擋圈、螺釘、滾動軸承、鍵和銷等零件組成[1]。銑刀頭裝配軸測圖如圖1 所示。

銑刀頭的裝配方式是軸兩端安裝有圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承安裝在底座左右的圓柱孔內(nèi)，起到支撐軸旋轉(zhuǎn)的作用。底座左側(cè)安裝有左端蓋，右側(cè)安裝有氈圈和右端蓋。軸的左側(cè)加工有單鍵槽，通過鍵與帶輪連接，并用擋圈、圓柱銷和螺釘進(jìn)行連接和固定。軸右側(cè)加工有雙鍵槽，通過雙鍵連接銑刀盤，使用擋圈、墊圈和螺栓進(jìn)行連接和固定。銑刀頭的工作原理是電動機(jī)的動力通過皮帶傳遞給帶輪，帶輪通過左側(cè)的鍵連接將動力傳遞給軸。軸再通過右側(cè)的雙鍵連接將動力傳遞給銑刀盤和銑刀對零件進(jìn)行銑削加工。

SolidWorks 軟件是法國達(dá)索系統(tǒng)子公司推出的一款基于Windows 的功能強(qiáng)大的三維設(shè)計軟件[2]。該軟件性能優(yōu)異，簡單易用，成為全球使用量最大、最好用的軟件之一。軟件以參數(shù)化特征造型為基礎(chǔ)，具有強(qiáng)大的復(fù)雜曲面設(shè)計和大型裝配處理能力。還為不同市場需求定制了多種標(biāo)準(zhǔn)化配套方案，提高了機(jī)械工程師的設(shè)計效率。并廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、造船、機(jī)械和模具等諸多領(lǐng)域。下面以銑刀頭為例，詳細(xì)介紹各類零件的三維建模和虛擬裝配方法。

1 銑刀頭零件三維建模

銑刀頭裝配軸測圖如圖1 所示，銑刀頭由16 種零件組合而成，其中2 號螺釘、3 號銷、5 號鍵、6 號滾動軸承、10 號螺釘、13 號鍵、15 號螺栓和16 號墊圈都屬于標(biāo)準(zhǔn)件，SolidWorks 軟件帶有標(biāo)準(zhǔn)件庫，可以直接根據(jù)國標(biāo)號和尺寸參數(shù)完成零件的三維建模。除了標(biāo)準(zhǔn)件以外，其余零件都屬于一般零件，其中1 號擋圈、4 號帶輪、9 號調(diào)整環(huán)、11 號端蓋、12 號氈圈和14 號擋圈都屬于盤蓋類零件，7 號軸屬于軸套類零件，8 號底座屬于叉架類零件[3]。下面以端蓋、軸和底座為例，分別介紹不同種類零件的三維建模方法。

1.1 端蓋的三維建模

端蓋屬于盤蓋類零件。該類零件的特點(diǎn)是主體結(jié)構(gòu)是回轉(zhuǎn)體圓柱，其徑向尺寸較大，軸向尺寸較小。零件內(nèi)部一般具有孔槽結(jié)構(gòu)。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其三維建模的具體過程是：繪制端蓋外輪廓圓和凸臺圓草圖，通過拉伸凸臺命令生成基本實(shí)體；繪制中心孔圓草圖，拉伸切除形成中心孔；通過異型孔向?qū)ЮL制臺階孔草圖，旋轉(zhuǎn)切除命令形成臺階孔。通過圓周陣列命令生成6 個沿著圓周均布的臺階孔；繪制凹槽草圖，通過旋轉(zhuǎn)切除生成內(nèi)部凹槽。端蓋實(shí)體如圖2 所示。

1.2 軸的三維建模

軸屬于軸套類零件，該類零件由直徑和長度不同的圓柱體連接而成，一般軸端有中心孔，軸中間有鍵槽，軸端有倒角。軸實(shí)體如下頁圖3 所示。

根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其三維建模的具體過程為：

1）在草圖環(huán)境下繪制每節(jié)圓柱的草圖圓，通過拉伸凸臺命令生成基本實(shí)體。

2）通過異型孔向?qū)ЮL制中心孔草圖，旋轉(zhuǎn)切除命令形成中心孔。

3）繪制鍵槽的輪廓草圖，通過拉伸切除命令生成鍵槽。

4）通過倒角命令生成軸端的45°倒角。

1.3 底座的三維建模

底座屬于叉架類零件，該類零件的特點(diǎn)是形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般由圓筒、底板、支撐板和肋板等簡單立體組合而成，還有各種形狀的孔、倒角和倒圓等結(jié)構(gòu)。底座實(shí)體如圖4 所示。

根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其三維建模的具體過程為：

1）將底座按照其結(jié)構(gòu)特征，分解成圓筒、底板、支撐板和肋板等簡單立體。

2）按照組合方式，分別創(chuàng)建三維實(shí)體。

3）創(chuàng)建簡單立體的時候，會用到草圖繪制、拉伸凸臺、旋轉(zhuǎn)凸臺、異型孔向?qū)А⒔?、拉伸切除、旋轉(zhuǎn)切除、陣列和倒角等建模命令。

4）簡單立體生成以后，要注意檢查其相對位置尺寸是否正確，最后合成底座。

2 銑刀頭虛擬裝配

通過對銑刀頭進(jìn)行虛擬裝配和干涉檢查，有助于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中可能存在的問題，優(yōu)化機(jī)器的性能。在SolidWorks 的裝配體設(shè)計中，提供了自下而上、自上而下或兩種方法結(jié)合的裝配方法[4]。采用自下而上的裝配方式，將銑刀頭的各個零件沿著裝配干線依次插入到裝配體中，這種方法類似于拼積木，將零部件拼裝成裝配體。零部件之間不存在任何參數(shù)關(guān)聯(lián)，僅僅存在簡單的裝配關(guān)系。操作起來簡單易用，符合實(shí)際零件裝配的習(xí)慣。

銑刀頭虛擬裝配如圖5 所示，銑刀頭的虛擬裝配過程為：

1）通過新建命令，選擇裝配體，生成裝配體文件。

2）選擇底座作為第一零件插入到裝配體中，默認(rèn)狀態(tài)是“固定”。保證底座圓筒左端面原點(diǎn)和裝配體原點(diǎn)重合，同時底座和裝配體的基準(zhǔn)面也會重合在一起。

3）沿裝配干線按照裝配關(guān)系依次插入各個零件。插入順序是左端蓋、右端蓋、左側(cè)螺釘、右側(cè)螺釘、左側(cè)軸承、軸、右側(cè)軸承、氈圈、鍵、帶輪、左側(cè)擋圈、銷、螺釘、右側(cè)擋圈、墊圈和螺栓。插入時根據(jù)零件之間的裝配關(guān)系和連接方式，對各零件之間添加重合、平行、同心或同軸等約束關(guān)系，完成銑刀頭的虛擬裝配。

4）銑刀頭裝配體完成以后，通過干涉檢查命令，對銑刀頭裝配體進(jìn)行干涉檢查。及時發(fā)現(xiàn)問題并修正，確保銑刀頭所有零部件之間能夠正確裝配在一起。

3 結(jié)語

根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特征不同，對銑刀頭的零件進(jìn)行分類，并詳細(xì)講解了不同類型零件的三維建模方法和具體過程。通過銑刀頭的虛擬裝配和干涉檢查，能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中存在的問題，及時修改完善，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的目的。并能提高設(shè)計效率，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，有利于提升產(chǎn)品的競爭力。