车刀的CAD技术设计和成形研究

　　本文探讨研究了车刀的CAD技术设计和成形相关内容。

　　成形车刀具有加工质量稳定、生产率高、刀具寿命长的特点，但其设计和制造比较复杂。通过导入CAD/CAM技术，可有效缩短成形车刀的设计与制造过程，本文介绍了一种基於SolidWorks系统进行二次开发的成形车刀三维设计新方法。

　　成形车刀的刃形复杂，常常需要进行繁琐的修正计算。制造成形车刀时有一种方法叫反形法加工—即做成和工件形状一样的刀具(称为二类成形车刀，就是制造成形车刀的成形车刀)，按实际加工零件时的相对位置去切削成形车刀，这样就无须进行修正计算。然而苦于在应用上的种种限制，这一方法在实际生产中很少被采用。

　　现在，通过利用一种基于SolidWorks系统的成形车刀设计新方法，使上述反形法加工成为可能。它利用其特征造型、模拟装配、直接生成关联工程图等多项功能实现成形车刀的参数化设计，对于不同的工件只需更改其二维廓形以及相应的刀具参数便能直接得到相应的刀具图样。

　　下面以图1所示的工件廓形和尺寸为例(取刀具的前角γf =10°、后角αf =12°)，说明基于SolidWorks特征造型的成形车刀参数化设计的实现过程。

　　生成零件实体

　　在SolidWorks中新建零件，选择水平基准面为草图平面绘制轴线和半轮廓(图1a)，旋转后得到零件的实体，如图1 b所示。

图1 工件草图和实体

　　以端面P为草图平面，按前刀面和工件的相对位置(工件r1=10mm和水平面夹角处γf =10°)画直线(见图2a)，以此直线切除上半部分零件得图2b。

图2 前刀面位置草图和切除后的工件

　　在装配体中进行刀具实体的设计

　　在SolidWorks中新建装配体，将已经完成的零件插入装配体。在装配体中插入新零件命名为“刀具”，选择工件截切面为草图平面，用实体引用命令得到此平面上的截形(如图3a)。去掉部分无关的线条，保留切削刃部分线条并延长附加切削刃，然后在外侧画线形成封闭的图形，此图形即为刀具前刀面的截形，完成后如图3b所示(图中燕尾榫未画出，后用切除法予以实现)。

图3 刀具前刀面的生成

　　再以端面P为草图平面，在此草图中画直线定出刀具后刀面的位置。以前刀面截形为截面、后刀面位置的直线为路径，用扫描命令生成刀具实体。

　　将刀具的底边按和后刀面垂直的要求切齐，再用切除命令生成燕尾榫，刀具实体的设计即告完成。图4a是刀具的轴侧图，图4b为其渲染图。

图4 刀具的轴侧图和渲染图

　　生成刀具工程图样

　　在Solid Works中新建工程图，将刀具零件拖进工程图即可。当需要刀具的截形参数时，在SolidWorks中确定适当的剖面位置即可直接得到所需剖面图。

　　获取刀具法面截形参数

　　在CAM环境下，可以直接获取刀具法面截形参数，然后利用这些参数编程，在线切割机床上切割出刀具的后刀面。在SolidWorks中获取参数的方法是：将工程图另存成dxf或dwg格式，再在AutoCAD中打开dxf或dwg文件，定义适当的坐标系，用List查询命令即可获得法面截形中每一线段的参数。

　　如图5中23段和567段线段，在零件图上23段是锥面的直线、567段是圆弧。传统的成形车刀设计方法在刀具上是将之分别简化成直线和圆弧，由此会带来双曲线误差。这里用List查询命令得知23段不是直线、567段也不是圆弧，而是样条曲线。样条曲线是一种在若干个控制点坐标间进行拟合的曲线。

图5 刀具法面截形参数

　　表1列出了23段和567段样条曲线控制点坐标查询结果。读者如果按照同样方法操作时需注意，因为坐标系和图形位置的不同会得到不同的坐标值，但只要工件和刀具参数一致，其相对坐标值便会是同样的。

表1 23段、567段样条曲线控制点的坐标值

　　SolidWorks是基于特征的参数化实体造型软件，可以通过尺寸的改变来对实体进行编辑。因此，只要将以上生成的工件和刀具的装配体文件作为一个样板文件，利用装配图中进行零件设计的功能，在零件的草图平面重新定义零件的廓形生成新的零件实体，再根据新的要求重新定义γf和αf等的刀具参数，即可直接得到新的刀具实体。

　　由于SolidWorks的工程图样同实体相关联，在工程图样上的廓形和尺寸会做相应改变。要想获得截形线段的坐标参数，只需重新将刀具工程图Save as成dxf或dwg档，然后在AutoCAD中用List命令进行查询即可。