ProENGINEER在成形车刀方案与制造中应用.docVIP

Pro/ENGINEER在成形车刀设计与制造中的应用 利用Pro/ENGINEER对成形车刀进行参数化设计，以提高成形车刀的设计和制造周期。 1 引言 成形车刀是一种加工回转体成形表面的专用工具，它以其加工精度稳定、生产率高、刀具使用寿命长和刃磨简便等特点广泛应用于普通车床、六角车床、自动及半自动车床以及生产自动线上。但由于成形车刀前角和后角的原因，刀具截形与工件廓形不同，这给成形车刀的设计和制造带来很大的困难，使得成形车刀的设计周期长，制造成本高。成形车刀的传统设计方法有作图法和计算法，这些传统方法工作量大、计算复杂而且存在较大的廓形误差，这些都制约着成形车刀的广泛使用。 CAD/CAM技术的广泛应用和一系列优秀CAD/CAM软件的推出，给成形车刀的设计和制造提供了新的途径。Pro/ENGINEER是一种被广泛应用的优秀CAD/CAM软件，特别是其参数化设计方法给设计者带来了极大的方便，应用它可以大大简化成形车刀设计和制造。 2 成形车刀的实体模型设计 应用Pro/ENGINEER可以屏蔽掉成形车刀传统设计方法中许多繁琐的步骤，以下以棱体成形车刀为例来说明其设计方法。图1为被加工零件的廓形图。 图1 被加工零件廓形图 2.1 绘制刀具毛坯模型 使用建立实体特征命令“Solid→Protrusion→Extrude”命令，以前视图平面（Front面）为绘图平面，绘制出成形车刀毛坯纵向截面图，其中前刀面与水平面夹角等于刀具前角γ（此处取刀具前角γ为15°），同时使后刀面与垂直方向夹角等于刀具后角α（此处取刀具后角α为10°），如图2（a）所示。其余尺寸可根据实际情况确定，刀具毛坯的拉伸长度等于工件的长度。刀具毛坯的三维模型如图2（b）所示。 (a) (b)图2 成形车刀毛坯图 2.2 创建刀具实体模型 首先根据被加工零件轮廓得到车刀切削刃曲线。如图3所示，在水平面内绘制工件截形图，各尺寸与零件图尺寸相同，轴线与车刀毛坯上切削刃的距离等于工件最小圆周半径。使用建立曲面特征命令Surface→Revolve命令，获得被加工零件轮廓曲面。 由建立实体特征命令“Solid→Cut→Use Quilt”，用工件轮廓曲面剪切刀具毛坯，这样在前刀面上就可以得到刀具刃形曲线。 由“Datum→Curve→Projected”命令，用投影方式建立曲线特征，选择切削刃刃形曲线为投影曲线，以刀具毛坯底面为投影面，选择Along Dir选项，以刀具一条棱线作为投影路径，把切削刃刃形曲线投影在刀具毛坯的底面上，结果如图4所示。 图3 工件截形图的绘制效果 图4 切削刃刃形的形成 利用建立实体特征命令“Solid→Cut→Extrude”，选择刀具底面为绘图平面，使用Geom Tools→Use Edge命令选取投影曲线为剖切线，剪切掉刀具毛坯的多余部分，由此可以得到棱体成形车刀的三维实体模型。 2.3 刀具修形 由于在加工零件b-c部分时，刀具的主偏角κr＝0°，使得此处刀具后角α＝0°，从而导致加工时刀具磨损剧烈，因此需要对此处刀具刃形进行修改。按照通常的方法，可以将上述切削刃曲线向内偏置一个角度，使此处的主偏角略微增大。依旧使用实体特征建立命令Solid→Cut→Extrude，选择刀具底面为绘图平面，绘制出修改以后的切削刃曲线，利用它剪切掉多余部分。同样可以使用这种方法作出成形车刀的燕尾榫部分，成形车刀最终的三维实体模型如图5所示。 图5 成形车刀的三维实体模型 3 成形车刀的截形图绘制 在三维实体模型设计完成以后，就可以利用Pro/ENGINEER的工程图制作功能完成二维工程图。Pro/ENGINEER的工程图和零件图之间相互关联，三维零件图修改之后，二维工程图会自动更改，这是使用Pro/ENGINEER设计的优点之一。二维工程图的制作方法可以参看有关书籍，这里不再详细介绍。在Pro/ENGINEER工程图标注时系统缺省的尺寸是根据其三维实体得到，为零件的准确尺寸，因此在尺寸标注时应该接受缺省的尺寸值。另外，还可以根据加工精度的需要调整尺寸精度。 确定了适当的图样和比例之后，选择需要的视图进行投影，除此之外还应该做出一个剖面视图，用以标注尺寸。由于此时切削刃上的f-g曲线为双曲线（见图4），与被加工零件轮廓曲线完全不同，按照通常的方法应该分段标注尺寸。在工程图中，使用Tools→Use Edge命令选取要标注的曲线，再使用Divide命令把曲线分割成若干段，然后标注出各点的尺寸即可。由于Divide命令是根据弧