1、成形车刀的参数化设计与数控加工秦皇岛职业技术学院 冯正奎摘要：用三维软件的参数化建模方法代替传统的手工方法，使成形车刀的设计变得非常简单、精确。并且，直接生成数控加工程序来制造成形车刀。实现CAD、CAM 数据共享和无图纸化制造。Abstract:It is very simple and accurate to design form turning tools using parameter design method of 3-dimensions software instead of using the tradition means. The form turning tool i
2、s directly manufactured in numeral control machine tools with the programme produced from the tool model. CAM can share The data in CAD for non-drafting manufacturing.关键词：UG CAM 成形车刀 刀具设计Key Words: UG CAM form turning tool cutting tool design。成形车刀又称样板车刀，是一种专用刀具，主要用于大批量加工复杂的回转表面。刀刃的轮廓形状是根据工件的形状设计的。为了
3、保证刀具有效地工作，成形车刀必须具有合理的前角和后角。这样一来，刀具的法面轮廓与工件的形状（轴剖面轮廓）不一致。给成形车刀的轮廓设计带来很大麻烦，无论用作图法还是解析法设计，都不能消除作图或计算误差，更不能消除原理性“双曲线”误差。因为，用传统方法设计时，只能在工件轮廓上选取有限的特殊点来作图或计算，得出刀刃上对应的点，依次连接各点形成折线形的刀刃轮廓。而直线刀刃车削锥体时，实际形成内凹的双曲面，产生“双曲线”误差；而双曲线刃形才能车出准确的圆锥表面。运用三维设计软件，能够方便、快捷地设计出没有这一原理性误差的理想廓形。目前世界上比较流行的三维机械软件主要是 Unigraghics 简称UG、
4、Solidworks 、CATIA 等。这些软件的核心技术是参数化设计(Parameter design)，即模型的尺寸用对应关系表示，而不是用确定的数值表示。改变一个参数将改变所有与之相关的尺寸。例如，成形车刀的轮廓尺寸与被加工零件的尺寸有关系，生成的刀刃轮廓中可能存在复杂曲线，其背后的庞大数据只需计算机“心中有数” ，我们没有必要也不可能标注清楚。模型的内部数据可以实现 CAD、CAM和 CAE 共享。下面就是用 UG 软件设计成形车刀的方法和过程（工件的尺寸如图 1 所示）：1.首先进入软件的建模（modeling）功能界面，设置图层为 21层。根据零件尺寸创建（Create ）轮廓草图
5、(Schetch000)（图 2） 。标注全部尺寸，使之完全约束。这样，以后修改草图尺寸时，不仅零件尺寸改变，而且与之相关的刀具尺寸也会随之变化。这是 UG 参数建模的特点。图 1（零件尺寸）图 2（轮廓草图）2在第 1 层旋转（Revolved body）草图，生成工件的三维模型（图 3） 。3在 41 层做一条平行于 x 轴的辅助线，然后在 81 层拉伸(Extruded body)一辅助面，这就是前刀面。平面与 y 轴负向夹角为14，这个角度等于车刀的前角（图 4） 。图 3 (工件的立体模型)图 4（拉深出的辅助面，即前刀面）4在 42 层插入(Inser/curve operat)工
6、件曲面和辅助面的交线(Intersect),即刀刃轮廓。然后，沿着辅助面的周边画出刀具两侧和后面（安装用的燕尾导轨从略）的廓线，使之形成封闭的曲线（图5） 。5在 22 层创建(Create)第二个草图（Schetch001） ，草图的位置设在工件的小端面上，因为刀尖在这个平面内。草图中只做一条过刀尖点，与竖直方向夹角为 6（后角）的斜线，作为扫掠出棱形成形车刀的导引（guide ）线,长度为 50（图 6） 。图 5（封闭的轮廓曲线）图 6 （sweep 导引线）7设置图层为第 2 层，以辅助面中的封闭曲线为截面轮廓线(section string), 扫掠（ insert/form fea
7、ture/sweep along guide）出成形车刀的立体模型（图 7） 。图 7 （sweep 出的棱形成形车刀）在设计过程中，设置较小的公差（tolerance）值，生成的刃形轮廓具有足够的精度，而且不存在原理误差。车削锥部的刃形看似直线，实际上是双曲线。这是前刀面与工件圆锥面截交而自然生成的。用一辅助平面垂直截交成形车刀，形成刀具的法面轮廓线，可以很容易地得到校准样板和与之共扼的检验样板。根据法面轮廓线直接生成数控加工程序，线切割加工成形车刀和样板，即精确又方便、快捷。这就是无纸化制造技术，CAD 和 CAM 的数据共享。用类似的方法可以设计圆形成形车刀，只是改用旋转（revolved）的方法形成刀具的三维模型。英文标题：Parameter Design and CNC manufacture for form turning tool作者姓名：Fengzhengkui 电话：13503353588 ， 0335-8061968e-mail:
