立铣刀三维造型

1、在立铣刀三维建模及工程图中SolidWorks的应用2011-09-05 22:59:19 作者：刘利江,邓远超 来源：互联网分享到0 本文创建了有限元分析所需的立铣刀模型，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

2、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、模具设计、装配设计、工程图、运动仿真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

3、、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

4、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

5、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

6、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

7、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4 三刃立铣刀工程图的生成由于SolidWorks提供的图纸格式不符合任何标准，因此，需要自定义工程图纸格式。为减少重复的工作过程，可以通过编辑图纸格式来制作一个工程图纸的模板并保存在安装目录下，以后再使用时可随时调用。每个零部件或装配体生成工程图的步骤大致相似，本文不作详细陈述。由于SolidWorks生成的立铣刀左视图非常杂乱，不便于工程人员阅读，并且SolidWorks的二维制图功能有限，因此，首先将立铣刀的左视图以DWG格式保

8、存，在AutoCAD中进行修改;然后再调入SolidWorks进行尺寸标注，生成立铣刀HA的工程图，如图6所示。 5 三刃立铣刀柄部的替换装配体及其零部件在整个设计周期中需要不断地修改。尤其是在多用户环境下，可由几个用户处理单个零件和子装配体。更新装配体时，可根据需要替换零部件，配合和关联特征完全不受影响。三刃立铣刀规格众多，对于刃部参数相同而柄部不同的立铣刀系列，能够快速、简单地替换柄部，无疑对节省设计时间很有帮助。基本操作方法：利用【替换】命令，在属性管理器中的【选择】栏中选择HA刀柄;单击【浏览】按钮，在【打开】对话框中选择HE刀柄，设置配合关系，生成立铣刀HE的装配图(见图7。图7 立

9、铣刀HE的装配图替换柄部的操作并不复杂，但需要注意以下问题：如果直接替换立铣刀HA的柄部，那么立铣刀HA的装配图和工程图将被覆盖。因此，需要先复制立铣刀HA的装配图和工程图，并重命名为立铣刀HE;然后在重命名的立铣刀HE装配图中进行操作。当立铣刀的装配体替换完成后，打开重命名的立铣刀HE工程图，检查是否自动生成HE刀柄。一般情况下，系统会默认工程图与其同名的装配体相关联。但因为重命名的立铣刀HE工程图并不是由立铣刀HE装配体直接生成，所以立铣刀HE的柄部不能同其装配体一起变动。此时可以采用手工操作方法：单击标准工具栏上的打开按钮，在【打开】对话框中(见图8，选择立铣刀HE工程图，点击【参考】;在弹出的【编辑参考文件位置】对话框中(见图9，双击对应【名称】下面的单元格，浏览文件夹，找到并选择立铣刀HE装配图文件。柄部替换后，将得到的新视图(见图10与立铣刀HA的工程图进行比较，可以看出：配合关系没有改变，端面视图无需修改，主视图中只需重新标定HE刀柄的尺寸即可。6 结语基于SolidWorks创建立铣刀的三维模