在立铣刀三维建模及工程图中SolidWorks的应用（一）

残狼 · 发表于 2011-11-15 09:38:07

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本文创建了
所需的立铣刀模型，采用solidworks软件对立铣刀进行了三维实体造型。为满足设计工作的需要，通过SolidWorks软件生成立铣刀二维工程图。提出了一种简单、有效的立铣刀柄部替换方法。
1 引言
　　立铣刀是一种在数控加工中应用广泛的多刃刀具，可加工平面、台阶面、沟槽等。立铣刀的铣削速度较高且无空程，因此是一种高效率的切削加工用刀具。在切削不锈钢等难加工材料时，为了利用有限元方法分析立铣刀刃部的应力应变情况，需要建立精确的三维模型。
　　立铣刀的切削角度较多、刃部造型复杂，而且立铣刀的规格多样，采用SolidWorks软件对立铣刀进行实体建模，不需要对每种规格的立铣刀都重新进行绘制。当一种规格的立铣刀三维模型及二维工程图完成后，只需在装配图中替换不同的零部件，便会自动生成相应的工程图。因此可大大简化繁杂的制图过程，提高设计效率。
　　2 SolidWorks软件的功能简介
　　SolidWorks软件是美国SolidWorks公司开发的专业化三维设计软件，它具有零件建模、钣金设计、
、装配设计、工程图、运动
和有限元分析等多种功能，并集成和兼容了所有Windows系统的卓越性能。
　　SolidWorks的三维造型功能很强大，可利用拉伸、旋转、扫描、放样、加厚度等特征造型技术生成零件形体。该软件还能够直接读取DWG格式的文件，在人工干预下，将AutoCAD的图形转化成SolidWorks三维实体模型。
　　SolidWorks软件是面向产品级的机械设计工具，全面采用非全约束的特征建模技术，为设计人员提供了极强的设计灵活性。其设计过程的全相关性，使设计人员可以在设计过程的任何阶段进行修改，同时牵动相关部分的改变。因此，在此次建模中采用SolidWorks作为设计平台。
　　3 三刃立铣刀的三维建模
　　3.1 立铣刀的结构分析
　　立铣刀的几何结构非常复杂，如图1所示。整体结构的立铣刀可分为：刃部、颈部和柄部三部分：刃部是整个刀具最重要的部分，它的材料、形状、齿数决定了它的加工性能。立铣刀圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布的是副切削刃;柄部是刀具的夹持部分，用于与机床连接，并在铣削时传递转矩，其形状决定了刃部直径的大小;颈部是连接刃部和柄部的部分。
　　

　　图1 三刃立铣刀的实物图

　　刃部是立铣刀最复杂的一个部分，因此，立铣刀三维建模的关键是对刃部进行建模。刃部的主要结构是一个螺旋实体，而螺旋体可以通过以下方法得到：先在已生成的圆柱体上以螺旋槽的垂截面为轮廓、以螺旋线与一段相切直线的组合曲线为路径进行扫描切除，形成螺旋实体。
　　立铣刀的柄部一般分为直柄和锥柄两大类。直柄立铣刀的定位与安装比较方便。对于小直径的立铣刀，直柄式应用广泛，因此，本文以直柄三刃立铣刀来做说明。无定位槽直柄和斜定位槽直柄都是常见的小直径立铣刀的刀柄形式，为叙述方便，将两种刀柄分别设定代号为HA和HE。
　　3.2 立铣刀的建模过程
　　主要操作步骤：
　　(1)选择【凸台/基体】-【拉伸】特征建立刃部与颈部的初始圆柱体。
　　(2)先在圆柱端面上绘制螺旋槽的垂截面(见图2)，然后在3D草图中生成一段直线和与之相切的螺旋线，并利用【组合曲线】工具将直线与螺旋线合并;利用【切除】-【扫描】特征命令，选择【轮廓扫描】，以垂截面轮廓为扫描轮廓、组合曲线为扫描路径，生成立铣刀的前刀面。采用相同的操作过程，可生成立铣刀的后刀面。
　　

　　图2 立铣刀的垂截面草图

　　(3)选择【列阵/镜像】-【圆周列阵】命令，在【要列阵的特征】显示框中分别选择以上两个切除特征;在【参数】栏中，选择柱体的中心轴为
　　准轴，指定列阵的特征数为“3”，在总角度默认为360°情况下，选择【等间距】复选框，形成立铣刀的主切削刃(见图3)。
　　

　　图3 主切削刃的生成图

　　(4)建立辅助基准面，先利用【切除】-【扫描】特征命令;再选择【列阵/镜像】-【圆周列阵】命令，生成立铣刀的端刃，从而形成完整的刃部(见图4)。
　　

　　图4 副切削刃的生成图

　　(5)通过【凸台/基体】-【拉伸】特征，得到立铣刀柄部的基体，再对尾部的边线倒角，生成HA刀柄(无定位槽直柄)，在此基础上，使用【拉伸切除】命令，可生成HE刀柄(斜定位槽直柄)。
　　(6)建立一个装配体文件，进入零件装配模式;选择【插入零部件】命令，先调入立铣刀的刃部与颈部的模型，在默认情况下装配体中的第一个零件是固定的，再调入立铣刀柄部模型;利用【配合】将两者装配在一起(见图5)。
　　

　　图5 立铣刀HA的装配图