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【摘 要】利用Pro/ENGINEER對成形車(chē)刀進(jìn)行參數化設計，以提高成形車(chē)刀的設計和制造周期。
【關(guān)鍵詞】 成功車(chē)刀 模型 設計 加工
1 引言
成形車(chē)刀是一種加工回轉體成形表面的專(zhuān)用工具，它以其加工精度穩定、生產(chǎn)率高、刀具使用壽命長(cháng)和刃磨簡(jiǎn)便等特點(diǎn)廣泛應用于普通車(chē)床、六角車(chē)床、自動(dòng)及半自動(dòng)車(chē)床以及生產(chǎn)自動(dòng)線(xiàn)上。但由于成形車(chē)刀前角和后角的原因，刀具截形與工件廓形不同，這給成形車(chē)刀的設計和制造帶來(lái)很大的困難，使得成形車(chē)刀的設計周期長(cháng)，制造成本高。成形車(chē)刀的傳統設計方法有作圖法和計算法，這些傳統方法工作量大、計算復雜而且存在較大的廓形誤差，這些都制約著(zhù)成形車(chē)刀的廣泛使用。
CAD/CAM技術(shù)的廣泛應用和一系列優(yōu)秀CAD/CAM軟件的推出，給成形車(chē)刀的設計和制造提供了新的途徑。Pro/ENGINEER是一種被廣泛應用的優(yōu)秀CAD/CAM軟件，特別是其參數化設計方法給設計者帶來(lái)了極大的方便，應用它可以大大簡(jiǎn)化成形車(chē)刀設計和制造。
2 成形車(chē)刀的實(shí)體模型設計
應用Pro/ENGINEER可以屏蔽掉成形車(chē)刀傳統設計方法中許多繁瑣的步驟，以下以棱體成形車(chē)刀為例來(lái)說(shuō)明其設計方法。圖1為被加工零件的廓形圖。
圖1 被加工零件廓形圖
2.1 繪制刀具毛坯模型
使用建立實(shí)體特征命令“Solid→Protrusion→Extrude”命令，以前視圖平面（Front面）為繪圖平面，繪制出成形車(chē)刀毛坯縱向截面圖，其中前刀面與水平面夾角等于刀具前角γ（此處取刀具前角γ為15°），同時(shí)使后刀面與垂直方向夾角等于刀具后角α（此處取刀具后角α為10°），如圖2（a）所示。其余尺寸可根據實(shí)際情況確定，刀具毛坯的拉伸長(cháng)度等于工件的長(cháng)度。刀具毛坯的三維模型如圖2（b）所示。
(a) (b)
圖2 成形車(chē)刀毛坯圖
2.2 創(chuàng )建刀具實(shí)體模型
首先根據被加工零件輪廓得到車(chē)刀切削刃曲線(xiàn)。如圖3所示，在水平面內繪制工件截形圖，各尺寸與零件圖尺寸相同，軸線(xiàn)與車(chē)刀毛坯上切削刃的距離等于工件最小圓周半徑。使用建立曲面特征命令Surface→Revolve命令，獲得被加工零件輪廓曲面。
由建立實(shí)體特征命令“Solid→Cut→Use Quilt”，用工件輪廓曲面剪切刀具毛坯，這樣在前刀面上就可以得到刀具刃形曲線(xiàn)。
由“Datum→Curve→Projected”命令，用投影方式建立曲線(xiàn)特征，選擇切削刃刃形曲線(xiàn)為投影曲線(xiàn)，以刀具毛坯底面為投影面，選擇Along Dir選項，以刀具一條棱線(xiàn)作為投影路徑，把切削刃刃形曲線(xiàn)投影在刀具毛坯的底面上，結果如圖4所示。
圖3 工件截形圖的繪制效果
圖4 切削刃刃形的形成
利用建立實(shí)體特征命令“Solid→Cut→Extrude”，選擇刀具底面為繪圖平面，使用Geom Tools→Use Edge命令選取投影曲線(xiàn)為剖切線(xiàn)，剪切掉刀具毛坯的多余部分，由此可以得到棱體成形車(chē)刀的三維實(shí)體模型。
2.3 刀具修形
由于在加工零件b-c部分時(shí)，刀具的主偏角κr＝0°，使得此處刀具后角α＝0°，從而導致加工時(shí)刀具磨損劇烈，因此需要對此處刀具刃形進(jìn)行修改。按照通常的方法，可以將上述切削刃曲線(xiàn)向內偏置一個(gè)角度，使此處的主偏角略微增大。依舊使用實(shí)體特征建立命令Solid→Cut→Extrude，選擇刀具底面為繪圖平面，繪制出修改以后的切削刃曲線(xiàn)，利用它剪切掉多余部分。同樣可以使用這種方法作出成形車(chē)刀的燕尾榫部分，成形車(chē)刀最終的三維實(shí)體模型如圖5所示。
圖5 成形車(chē)刀的三維實(shí)體模型
3 成形車(chē)刀的截形圖繪制
在三維實(shí)體模型設計完成以后，就可以利用Pro/ENGINEER的工程圖制作功能完成二維工程圖。Pro/ENGINEER的工程圖和零件圖之間相互關(guān)聯(lián)，三維零件圖修改之后，二維工程圖會(huì )自動(dòng)更改，這是使用Pro/ENGINEER設計的優(yōu)點(diǎn)之一。二維工程圖的制作方法可以參看有關(guān)書(shū)籍，這里不再詳細介紹。在Pro/ENGINEER工程圖標注時(shí)系統缺省的尺寸是根據其三維實(shí)體得到，為零件的準確尺寸，因此在尺寸標注時(shí)應該接受缺省的尺寸值。另外，還可以根據加工精度的需要調整尺寸精度。
確定了適當的圖樣和比例之后，選擇需要的視圖進(jìn)行投影，除此之外還應該做出一個(gè)剖面視圖，用以標注尺寸。由于此時(shí)切削刃上的f-g曲線(xiàn)為雙曲線(xiàn)（見(jiàn)圖4），與被加工零件輪廓曲線(xiàn)完全不同，按照通常的方法應該分段標注尺寸。在工程圖中，使用Tools→Use Edge命令選取要標注的曲線(xiàn)，再使用Divide命令把曲線(xiàn)分割成若干段，然后標注出各點(diǎn)的尺寸即可。由于Divide命令是根據弧長(cháng)分割曲線(xiàn)，這樣使得在曲線(xiàn)曲率大的部分標注點(diǎn)密集而曲率小的部分標注點(diǎn)稀疏，有利于在傳統加工方法中提高成形車(chē)刀的加工精度。繪制完成的成形車(chē)刀截形圖如圖6所示。
圖6 成形車(chē)刀截形圖
4 成形車(chē)刀廓形的加工
棱體成形車(chē)刀的廓形通常是通過(guò)計算或繪圖得到如圖6所示的截形圖和數據值，然后制作刀具樣板，根據樣板進(jìn)行切削加工，最后在光學(xué)曲線(xiàn)工具磨床上進(jìn)行精加工的方法成形的。這種加工方法存在許多弊端，而且還受到工廠(chǎng)設備條件的限制。目前CAD/CAM技術(shù)的普及和數控線(xiàn)切割機床在工廠(chǎng)的廣泛應用，給成形車(chē)刀的加工制造提供了更快捷的方法。使用Pro/ENGINEER完成成形車(chē)刀的三位實(shí)體造型后，可以直接生成用于數控線(xiàn)切割機床的數控程序，控制機床進(jìn)行刀具廓形的加工，這樣大大簡(jiǎn)化了刀具的制造。Pro/ENGINEER的CAM功能這里就不再贅述了。
5 結束語(yǔ)
使用Pro/ENGINEER可以簡(jiǎn)化成形車(chē)刀的設計，減小刀具的雙曲線(xiàn)誤差，提高成形車(chē)刀的制造精度，使成形刀具用于零件的精加工成為可能。CAD/CAM技術(shù)是制造業(yè)的發(fā)展方向，隨之產(chǎn)生的許多軟件都為零件的加工和制造帶來(lái)了便利。對于以往難以設計和加工的零件，如今完全可以利用新方法和新技術(shù)進(jìn)行設計制造，這樣不僅可以簡(jiǎn)化設計方法、縮短設計周期，而且可以提高零件加工精度和企業(yè)的生產(chǎn)效率。
