銑刀計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及分析_第1頁(yè)
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TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 I\o"CurrentDocument"Abstract II\o"CurrentDocument"第1章前言 1\o"CurrentDocument"第2章螺旋立銃刀的有限元分析 3\o"CurrentDocument"刀具制造的現(xiàn)狀 3UG簡(jiǎn)述 4UG系統(tǒng)的特點(diǎn) 4\o"CurrentDocument"UG系統(tǒng)的主要功能模塊 4\o"CurrentDocument"CAD技術(shù)發(fā)展歷程 5\o"CurrentDocument"螺旋立鐵刀的設(shè)計(jì)分類 5\o"CurrentDocument"螺旋線理論 8\o"CurrentDocument"螺旋線的基本概念 8\o"CurrentDocument"一般螺旋線的概念 9\o"CurrentDocument"圓錐螺旋線 10\o"CurrentDocument"刀具螺旋面生成原理 11\o"CurrentDocument"2.6螺旋立銃刀CAD 13\o"CurrentDocument"刀刃部分參數(shù)化模型創(chuàng)建 13\o"CurrentDocument"在UG中建立應(yīng)用螺旋線 14\o"CurrentDocument"刀柄以及端部形狀的實(shí)現(xiàn) 17\o"CurrentDocument"2.7銃刀的有限元分析 18\o"CurrentDocument"ANSYS介紹 18\o"CurrentDocument"定義屬性并劃分網(wǎng)格 18\o"CurrentDocument"施加載荷以及結(jié)果 19\o"CurrentDocument"2.8本章小節(jié) 25\o"CurrentDocument"第3章二齒球頭立銃刀CAD 26\o"CurrentDocument"Pro/E簡(jiǎn)介 26\o"CurrentDocument"二齒球頭立銃刀的設(shè)計(jì)流程 26\o"CurrentDocument"二齒球頭立銃刀的CAD設(shè)計(jì) 27\o"CurrentDocument"本章小節(jié) 38\o"CurrentDocument"第4章臺(tái)階式可轉(zhuǎn)位面銃刀設(shè)計(jì) 39\o"CurrentDocument"(p300可轉(zhuǎn)位面銃刀介紹 39\o"CurrentDocument"可轉(zhuǎn)位面銃刀的裝配體分析 39\o"CurrentDocument"(p300臺(tái)階式可轉(zhuǎn)位面銃刀結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 40\o"CurrentDocument"(p300臺(tái)階式可轉(zhuǎn)位面銃刀刀具參數(shù)以及使用條件 41用效果 41\o"CurrentDocument"(p300可轉(zhuǎn)位面銃刀的建模步驟 41\o"CurrentDocument"主要零部件的建立 41\o"CurrentDocument"銃刀的裝配 47\o"CurrentDocument"本章小結(jié) 50\o"CurrentDocument"第5章總結(jié) 51\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 52摘要數(shù)控機(jī)床和加工中心所用的數(shù)控刀具種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)該刀具的設(shè)計(jì)大多采用傳統(tǒng)手工方式,效率較低。而在數(shù)控領(lǐng)域內(nèi)螺旋立銃刀是應(yīng)用最為廣泛的刀具類型之一。隨著刀具技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)對(duì)刀具需求的不斷提高,現(xiàn)有的螺旋立銃刀己經(jīng)具有了種類繁多、功能細(xì)化、結(jié)構(gòu)各異、檔次分明等各個(gè)特點(diǎn)。本文提出了以UG(Unigraphic)設(shè)計(jì)軟件為基礎(chǔ)平臺(tái),設(shè)計(jì)--種螺旋立銃刀,并結(jié)合有限元分析軟件ANSYS對(duì)銃刀的受力進(jìn)行分析,研究銃刀在受力狀況下的應(yīng)力和應(yīng)變,根據(jù)得出的結(jié)果對(duì)銃刀的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。球頭立銃刀也是一種廣泛使用的刀具,而球頭上面的螺旋線是個(gè)難點(diǎn),數(shù)學(xué)是科學(xué)發(fā)展的靈魂,它無(wú)時(shí)無(wú)刻不在指導(dǎo)或表達(dá)著事物的發(fā)展,螺旋線理論應(yīng)用在立銃刀的建模中。本文基于Pro/E強(qiáng)大的曲面造型功能,通過(guò)Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)了球頭立銃刀的設(shè)計(jì)??赊D(zhuǎn)位面銃刀在切削中起到越來(lái)越大的作用,而國(guó)內(nèi)在可轉(zhuǎn)位面銃刀方面的設(shè)計(jì)和制造能力較弱,我們的制造企業(yè)每年都要從國(guó)外進(jìn)口高速刀具,耗費(fèi)大量費(fèi)用,不利于刀具自主品牌的發(fā)展。本文應(yīng)用UG(Unigraphics)軟件實(shí)現(xiàn)了可轉(zhuǎn)位面銃刀的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),根據(jù)可轉(zhuǎn)位銃刀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),在可轉(zhuǎn)位面銃刀參數(shù)化設(shè)計(jì)和數(shù)控加工過(guò)程中采用了特征造型方法,利用尺寸驅(qū)動(dòng)圖形,滿足了模擬數(shù)控加工中所需二次造型和產(chǎn)品系列化的要求,實(shí)現(xiàn)CAD/CAM一體化。通過(guò)UG和Pro/E軟件的建模,本文設(shè)計(jì)了螺旋立銃刀、球頭立銃刀和可轉(zhuǎn)位面銃刀,并實(shí)現(xiàn)了刀具的有限元分析,為刀具的優(yōu)化以及后續(xù)環(huán)節(jié)的數(shù)字化制造建立了工作基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞可轉(zhuǎn)位;螺旋立銃刀;球頭立銃刀;刀具設(shè)計(jì);ANSYS有限元分析AbstractToolsinCNCmachinetoolsandCNCmachiningcenteriscomplexstructureNowmostofthedomesticdesignofthistoolisusingtraditionalmethodsbyhandandlessefficient.InthefieldofNCarea,spiralmillsisthemostwidelyusedtooltypes.Withthetoolsofmodemindustrialtechnologyandrisingdemandonthetools,theexistinghelicalendmillshavealreadyhadawiderangeoffunctionalrefinement,structurallydifferent,andsoongradedistinctcharacteristics.Inthispaper,byUnigraphicdesignsoftware,wedesignahelicalendmills,andconductfiniteelementanalysisbysoftwareANSYS.Westudythestressandstraininmillingforceconditions.Accordingtotheresultsofthemillingcutterdesignisoptimized.Rotatinghelicalsurfacetheoryandprocessinginmillsmillingcuttergrooveshapemodelingwithapplicationandresearchofmathematicsisthesoulofscientificdevelopment,ortoexpressitallthetimeguidingthedevelopmentofthings,tooldesignisnoexception.Spiralhelicalspiralcutterdesigntheoryisthetheoreticalbasisofthistheorythroughresearch,toestablishaccuratemathematicalmodelofendmillsandcuttingtoolsmorereasonablestructureforthedesignofthedevelopmentandfunctiondesigntoprovideaguarantee.NowindexablefacemillingcutterplaysanincreasinglyimportantroleincuttingHoweverdomesticindexablefacemillingcutterintheareaofdesignandmanufacturingcapabilityisweak,ourmanufacturingenterprisesimporthigh-speedcuttingtoolsfromabroadeveryyear.Wenotonlyspentalotofmoney,butalsoisharmfultothedevelopmentofowntoolcompany.Inthispaper,UG(Unigraphics)softwaretorealizetheslotmillingcutterIndexableCAD/CAMintegrationofresearchanddevelopment,accordingtothestructureofindexablemillingcharacteristicsofindexablefacemillingcutterindesignandCNCmachiningparametersusedintheprocessfeature-basedmodelingmethod,usingsize-drivengraphics,tomeettherequirementsinNCmachiningsimulationmodelingandproductsecondseriesofrequirementstoachieveCAD/CAMintegration.摘要ByUGsoftwaremodeling,wedesignedahelicalendmillsandindexablefacemillingcutter,achievingthefiniteelementanalysis.Wecangottheresultofstress-strainanalysisintheworkingstate.Keywords:indexablemills;Carbidetools;cutterdesign;ANSYS;HelicalEndMills第1章前言在機(jī)械加工切削過(guò)程中,刀具起著決定性的的作用。刀具設(shè)計(jì)的水平,直接反映出機(jī)械加工的水平。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,無(wú)論在加工的復(fù)雜性、精密度方面,還是在生產(chǎn)率和工件質(zhì)量等方面,人們對(duì)刀具提出了越來(lái)越高的要求。鉆刀、銃刀、齒輪刀具、蝸輪蝸桿刀具、成形刀具等都屬于復(fù)雜曲面刀具,復(fù)雜曲面刀具的設(shè)計(jì)一向是刀具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的難點(diǎn)。這些復(fù)雜曲面又都屬于數(shù)學(xué)曲面,都有相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式與之相關(guān)聯(lián),這些復(fù)雜曲面刀具的設(shè)計(jì)也就離不開數(shù)學(xué)曲面理論的研究。螺旋立銃刀和球頭立銃刀的數(shù)學(xué)方程一直是一個(gè)難點(diǎn),螺旋線螺旋面理論是螺旋刀具設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)該理論的研究,能夠建立精確的立銃刀數(shù)學(xué)模型,并且為刀具更合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)的開發(fā)提供保證。根據(jù)螺旋線和螺旋面理論對(duì)螺旋立銃刀和球頭立銃刀的建模,實(shí)現(xiàn)刀具設(shè)計(jì)的參數(shù)化??赊D(zhuǎn)位面銃刀由多個(gè)零部件(如刀體、刀槽體、定位環(huán)、拉桿、螺釘?shù)?組成,是一種系列化程度很高的產(chǎn)品。對(duì)于平面銃削,一般首選可轉(zhuǎn)位面銃刀,因?yàn)榭赊D(zhuǎn)位面銃刀具有較多端面有效齒,加工效率高,較適合銃削切深10mm以下的平面。通過(guò)對(duì)可轉(zhuǎn)位面銃刀的設(shè)計(jì)以及建模,對(duì)可轉(zhuǎn)位面銃刀有著更深的理解,并熟練掌握UG這個(gè)軟件。CAD是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign)的簡(jiǎn)稱,是工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具,用自己的專業(yè)知識(shí)對(duì)產(chǎn)品或工程進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。它以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本為主要目的。目前,流行的CAD技術(shù)基礎(chǔ)理論主要是以UG、Pro/E為代表的參數(shù)化造型理論和以SDRC/I-DEAS為代表的變量化造型理論兩大流派,它們都屬于基于約束的實(shí)體造型技術(shù)。利用UG、Pro/E的三維和AutoCAD的二維功能,本課題可以實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)指標(biāo):>通過(guò)UG軟件完成螺旋立銃刀的建模并在ANSYS中進(jìn)行受力分析;>通過(guò)Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)二齒球頭立銃刀的建模;>通過(guò)UG完成可轉(zhuǎn)位面銃刀的建模,并通過(guò)AutoCAD進(jìn)行二維工程圖的繪制。隨著CAD技術(shù)的不斷研究、開發(fā)與廣泛應(yīng)用,對(duì)CAD技術(shù)提出越來(lái)越高的要求,因此CAD從本身技術(shù)的發(fā)展來(lái)看,其發(fā)展趨勢(shì)是參數(shù)化、三維化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。國(guó)內(nèi)對(duì)CAD技術(shù)的研究,開始于20世紀(jì)70年代初期,研究工作主要集中在高等學(xué)校和科研院所,研究?jī)?nèi)容主要是計(jì)算輔助幾何設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助繪圖。進(jìn)入80年代以后,我國(guó)的CAD技術(shù)的研究得到了較快的發(fā)展,在二維交互繪圖系統(tǒng)、三維造型和幾何設(shè)計(jì)、有限元分析、數(shù)控編程等方面都取得了很多成果,不少自主版權(quán)的軟件已經(jīng)在國(guó)內(nèi)行業(yè)中得到推廣應(yīng)用。但從總體上來(lái)說(shuō),我國(guó)的CAD軟件,無(wú)論是從產(chǎn)品開發(fā)水平方面,還是從商品化、市場(chǎng)化程度方面,都與發(fā)達(dá)國(guó)家存在著不小的差距,主流的CAD軟件基本上都是國(guó)外產(chǎn)品。本課題研究的目的和意義是:通過(guò)UG設(shè)計(jì)一種螺旋立銃刀和一種可轉(zhuǎn)位面銃刀,并用ANSYS軟件分析刀具的受力狀況,熟練掌握UG這個(gè)軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā),培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力,養(yǎng)成良好的科研精神。第2章螺旋立銃刀的有限元分析刀具制造的現(xiàn)狀刀具的材料、結(jié)構(gòu)和幾何形狀是決定刀具切削性能的三要素。其中,刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素,對(duì)于加工效率、加工質(zhì)量、加工成本及刀具耐用度有著重大影響,而刀具的形狀也對(duì)切削產(chǎn)生極大的影響。鉆刀、銃刀、齒輪刀具、蝸輪蝸桿刀具、成形刀具等都屬于復(fù)雜曲面刀具,復(fù)雜曲面刀具的設(shè)計(jì)一向是刀具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的難點(diǎn)。這些復(fù)雜曲面又都屬于數(shù)學(xué)曲面,都有相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式與之相關(guān)聯(lián),這些復(fù)雜曲面刀具的設(shè)計(jì)也就離不開數(shù)學(xué)曲面理論的研究。螺旋線螺旋面理論在刀具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究,使得刀具設(shè)計(jì)中復(fù)雜曲面的內(nèi)容變得淺顯易懂,便于設(shè)計(jì)者應(yīng)用數(shù)學(xué)理論指導(dǎo)刀具設(shè)計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,高效能計(jì)算機(jī)和功能強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)能夠輕而易舉的完成復(fù)雜曲面的數(shù)學(xué)計(jì)算,從而使刀具設(shè)計(jì)向更先進(jìn)方向發(fā)展。刀具是制造業(yè)企業(yè)生產(chǎn)制造所必須的關(guān)鍵裝備,制造業(yè)發(fā)展的優(yōu)劣往往會(huì)受刀具技術(shù)整體水平的影響。隨著制造業(yè)的進(jìn)步,刀具制造技術(shù)需要快速、穩(wěn)步的發(fā)展。國(guó)外較我國(guó)在刀具方面的研究起步早、投入成本高,在刀具設(shè)計(jì)與制造方面儲(chǔ)備了大量的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。但國(guó)外勞動(dòng)力的成本占生產(chǎn)成本的很大一部分,通過(guò)提高刀具的切削效能而使操作工人解放出來(lái),縮短切削加工的時(shí)間,從而降低成本。這種思想的主導(dǎo)作用,使得西方國(guó)家比較重視研發(fā),制造出的刀具質(zhì)量上乘,這其中包括刀具制造相關(guān)設(shè)備的研發(fā)投入。沒有先進(jìn)的制造方法,和性能穩(wěn)定的加工設(shè)備,自然也就不能制造出切削效能高的刀具,和我國(guó)仍然應(yīng)用人工操作的現(xiàn)實(shí)情況形成鮮明對(duì)比,雖然科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn),但我國(guó)仍然還有很大部分的刀具生產(chǎn)企業(yè)采用早期的手動(dòng)操作方式,比如數(shù)控銃削刀具的刀槽加工、刃磨為了縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距,國(guó)內(nèi)?些企業(yè)購(gòu)進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備,直接購(gòu)進(jìn)國(guó)外成品毛坯,自主生產(chǎn)和制造。此種方式是拉近與國(guó)外優(yōu)質(zhì)刀具差距的一種方式。但是,這種方式也只能是短期效益,產(chǎn)品的核心技術(shù)和高附加值仍然被設(shè)備提供方和毛坯供貨方壟斷。通過(guò)對(duì)市面上現(xiàn)有的刀具考察得知,歐美的刀具仍然是刀具領(lǐng)域里的貴族,無(wú)論是切削性能還是切削壽命,都是刀具行列里的佼佼者:其次是日本的刀具,然后依次是香港、臺(tái)灣、中國(guó)大陸。從而可以明確目前刀具行業(yè)的格局。2.2UG簡(jiǎn)述Unigraphics(簡(jiǎn)稱UG)是美國(guó)EDS公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案,是userguide(用戶指南)的簡(jiǎn)寫,是集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、輔助工程(CAD/CAM/CAE)為一體化的軟件,最早應(yīng)用于美國(guó)麥道飛機(jī)公司,它是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能發(fā)展起來(lái)的軟件,針對(duì)用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求,提供了經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案。2008年06月,SiemensPLMSo代ware發(fā)布NX6.0,建立在新的同步建模技術(shù)基礎(chǔ)之上的UGNX6將在市場(chǎng)上產(chǎn)生重大影響。同步建模技術(shù)的發(fā)布標(biāo)志著NX的一個(gè)重要里程碑,并且向MCAD市場(chǎng)展示Siemens的鄭重承諾。NX6將為我們的重要客戶提供極大的生產(chǎn)力提高。。UG6在功能方面顯得更加的強(qiáng)大和完善。UG系統(tǒng)的特點(diǎn)UG是…個(gè)商度集成的CAD/CAM/CAE軟件系統(tǒng),可應(yīng)用于整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程,包括產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、建模、分析和加工。該軟件不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì)功能,而且在設(shè)計(jì)過(guò)程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬,提高設(shè)計(jì)的可靠性;同時(shí),可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼,用于產(chǎn)品的加工,其后處理程序支持多種類型數(shù)控機(jī)床。另外它所提供的二次開發(fā)語(yǔ)言UG/OpenAPI、UG/OpenGRIP簡(jiǎn)單易學(xué),實(shí)現(xiàn)功能多,便于用戶開發(fā)專用CAD系統(tǒng)⑺。UG系統(tǒng)的主要功能模塊UG系統(tǒng)主要由CAD,CAE,CAM等模塊組成,并且實(shí)現(xiàn)了每個(gè)模塊之間數(shù)據(jù)的自由交換,再加上一些專業(yè)模塊以及其強(qiáng)大的二次開發(fā)功能,使得該軟件成為業(yè)界實(shí)用最廣泛的軟件之一,在眾多的功能模塊中,其中實(shí)體建模是基礎(chǔ),是主模塊。其主要功能模塊如下:.CAD模塊2cAM模塊;3.CAE模塊;4.飯金模塊;5.管道、布線模塊;6.其它模塊.3CAD技術(shù)發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign)簡(jiǎn)稱CAD,是指工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具,應(yīng)用各自的專業(yè)知識(shí)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱⑶。CAD技術(shù)把設(shè)計(jì)人員所具有的最佳特性,包括創(chuàng)造性思維、形象思維與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、綜合判斷與分析的能力,同計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大記憶與信息檢索能力、大量信息的高速精確計(jì)算與處理能力、易于修改設(shè)計(jì)、工作狀態(tài)穩(wěn)定且不疲勞的特性結(jié)合起來(lái),從而大大提高設(shè)計(jì)速度與效率,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,降低成本。進(jìn)入90年代以后,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)的蓬勃發(fā)展,許多高校和一些軟件公司根據(jù)我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大量的二次開發(fā)工作,開發(fā)出適用于我國(guó)國(guó)情的CAD軟件。由于我國(guó)較國(guó)外CAD起步較晚,大部分企業(yè)在使用CAD技術(shù)的水平和效率方面仍然很低,多數(shù)沒有體現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)這個(gè)概念,盲目地上了三維CAD,結(jié)果成了“展示”企業(yè)形象的工具,在用于解決企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)方面卻成了“擺設(shè)”。我國(guó)的CAD軟件,無(wú)論從產(chǎn)品開發(fā)水平方面,還是從商品化、市場(chǎng)化程度方面,都與發(fā)達(dá)國(guó)家存在不小的差距,主流的CAD軟件基本上都是國(guó)外產(chǎn)品。4螺旋立鐵刀的設(shè)計(jì)分類依據(jù)機(jī)械工業(yè)出版社出版的《金屬切削刀具與磨具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)》和國(guó)防工業(yè)出版社出版的《航空工藝裝備設(shè)計(jì)手冊(cè)一刀具設(shè)計(jì)》中對(duì)銃刀部分的類型介紹,以及當(dāng)前知名刀具企業(yè)的銃刀系列的類型分類,歸納整理出現(xiàn)有的立銃刀系列。

(-直柄立銃刀

削平柄立銃刀

普通立銃刀J 莫氏錐柄立銃刀短莫氏錐柄立銃刀7:24錐柄立銃刀直柄粗加工立銃刀粗加工立銃刀R 削平柄直柄粗加工立銃刀莫氏錐柄粗加工立銃刀套式立銃刀 r可轉(zhuǎn)位立銃刀J 肖平柄柄直柄立銃刀] 莫氏錐柄立銃刀柿店八仝包要之鉆力1硬質(zhì)合金斜齒直柄立銃刀硬質(zhì)口金斜齒乂銃刀 硬質(zhì)合金斜齒錐柄立銃刀立銃刀J 削平柄直柄立銃刀可轉(zhuǎn)位螺旋立銃刀1 莫氏錐柄立銃刀鑲齒套式面銃刀錐柄面銃刀可轉(zhuǎn)位面銃刀圓柱形銃刀模具銃刀A可轉(zhuǎn)位面銃刀圓柱形銃刀模具銃刀B類套式面銃刀( 直柄圓柱形球頭立銃刀削平柄直柄圓柱形立銃刀莫氏錐柄圓柱形球頭立銃刀直柄圓錐形立銃刀削平柄直柄圓錐形立銃刀直柄圓錐形球頭立銃刀削平柄圓錐形球頭立銃刀莫氏錐柄圓錐形立銃刀I 莫氏錐柄圓錐形球頭立刀銃刀圖2.1立銃刀的設(shè)計(jì)分類

將刀具的整體結(jié)構(gòu)分為刀柄結(jié)構(gòu)、刀刃結(jié)構(gòu)、過(guò)渡結(jié)構(gòu)、輔助結(jié)構(gòu)四部分,同時(shí)針對(duì)于每部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行更細(xì)致的劃分,從而跨越不同類型區(qū)別,如圖將螺旋立銃刀的結(jié)構(gòu)分成四大部分圖2-2刀具整體結(jié)構(gòu)圖刀具整體結(jié)構(gòu)刀柄結(jié)構(gòu)過(guò)渡結(jié)構(gòu)刀刃結(jié)構(gòu)輔助結(jié)構(gòu)柄部特征定位槽特征圖2-2刀具整體結(jié)構(gòu)圖刀具整體結(jié)構(gòu)刀柄結(jié)構(gòu)過(guò)渡結(jié)構(gòu)刀刃結(jié)構(gòu)輔助結(jié)構(gòu)柄部特征定位槽特征I 整體對(duì)焊L 刀刃形狀< 刀刃材料特征r端齒刃部特征J端刃特征圓周刃特征,齒數(shù)圖2-3刀具的整體結(jié)構(gòu)分類針對(duì)于每部分特征進(jìn)行更細(xì)致的劃分,實(shí)現(xiàn)刀具細(xì)致結(jié)構(gòu)的分類整理。該細(xì)致特征的劃分基本上包括了前面針對(duì)螺旋立銃刀的10種類型的分類。通過(guò)所有列選項(xiàng)中任意一項(xiàng)的排列組合,實(shí)現(xiàn)刀具三維模型的創(chuàng)建,經(jīng)過(guò)計(jì)算能夠達(dá)到2萬(wàn)多種刀具類型,其他至于更細(xì)致特征的差異和區(qū)別將具體有針對(duì)性的完善,限于精力和時(shí)間本文不在此繼續(xù)闡述。5螺旋線理論螺旋線的基本概念我們把由繞定軸旋轉(zhuǎn)并且同時(shí)平行于該軸移動(dòng)所構(gòu)成的合成運(yùn)動(dòng),稱為螺旋運(yùn)動(dòng)。在數(shù)學(xué)中的描述為:兩個(gè)向量。和u的合成,并記作(V,w,p)。此處v-螺旋軸,P?螺旋參數(shù)。如果給定螺旋,則可知螺旋運(yùn)動(dòng),反之亦然。當(dāng)p=O(u=0)時(shí),僅有軸的旋轉(zhuǎn),并記作(V>。);當(dāng)p=co((O=0)是,只有沿直線運(yùn)動(dòng)。一點(diǎn)只作常螺旋運(yùn)動(dòng)的軌跡稱為常(圓柱)螺旋線,它位于以v為軸的圓柱上,半徑等于該點(diǎn)到軸V的距離⑶。如圖2.2所示。已知螺旋運(yùn)動(dòng)(V,3,p),令V為右手笛卡爾坐標(biāo)系的軸oz,串為螺旋角的轉(zhuǎn)角,h為螺旋軸上移動(dòng)量,則d6/dt=3;dh/dt=u;p=u/3=常數(shù)。當(dāng)最簡(jiǎn)單的情況下,”=必,h=ut,“=p%則長(zhǎng)螺旋形的向量方程為:(2-1)r=ae(wt)+atk(2-1)r=ae(W)+pW攵 >r=iacos(W)+%sin(W)+%pW

參數(shù)化方程為(2-2)x=acos(\|/)y=asin(\|/) >(2-2)z=pwJ一般螺旋線的概念一般螺旋線是這樣的曲線,如圖2.5所示,它每點(diǎn)的切線和空間的某一方向相夾成定角,如果取軸oz作為這個(gè)方向并把切線和軸oz的夾角記作r,那么一般螺旋線每點(diǎn)的。cos尸常數(shù)。當(dāng)把一般螺旋線投影到圓柱面,其上的一般螺旋線和圓柱的所有母線夾成定角。一般螺旋線也可定義為作合成運(yùn)動(dòng)的一點(diǎn)的軌跡。這個(gè)合成運(yùn)動(dòng)是由一點(diǎn)沿平行于軸oz的直線以給定速度u(t)移動(dòng)和該直線保持與本身平行的運(yùn)動(dòng)所組成。而直線的固定一點(diǎn)在平面oxy內(nèi)沿給定的曲線以速度v(t)移動(dòng),且速度比為一常數(shù):3=p=常數(shù)這說(shuō)明:(1)一點(diǎn)在平行于軸OZ的直線上的位移與該點(diǎn)在平面曲線上投影的位移成正比;(2)一般螺旋線的弧長(zhǎng)與它在平面oxy上投影的對(duì)應(yīng)弧長(zhǎng)成正比;(3)一般螺旋線的切線和軸oz,即是和…般螺旋線在平面。xy上投影的圓柱面母線成定角r由cosr=%=~^=P,,得知tanr=,即p=tan。從而確定"為一般螺旋線上dsJl+p2 P每點(diǎn)的升角⑷。圓錐螺旋線圖2-6圓錐螺旋線圓錐螺旋線由以下方程確定:

Aa[Asina+Aa[Asina+sina(2-3)X= r1+AA1+A2=bea=°+°o (2-4)圓錐螺旋線不僅與圓錐軸成定角r,而且與圓錐面所有母線相交成定角0,因此又被稱為圓柱一圓錐螺旋線,它有軸向變導(dǎo)程和徑向變導(dǎo)程兩種,如圖2.4所示刀具螺旋面生成原理(1)定義:一條母線L作螺旋運(yùn)動(dòng)形成的曲面,稱為定導(dǎo)程“常螺旋面”或“圓柱常螺旋面”。如果母線L是直線,則螺旋面稱為線性螺旋面:若母線L為圓,則稱這個(gè)螺旋面為圓螺旋面。(2)常螺旋面的基本方程通常把的方程寫在-一個(gè)動(dòng)坐標(biāo)系內(nèi),這個(gè)坐標(biāo)系的一根軸和螺旋軸重合,令這個(gè)坐標(biāo)系作螺旋運(yùn)動(dòng),而螺旋運(yùn)動(dòng)被分解為以角速度。繞螺旋軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和以速度〃=p3平行與螺旋軸的移動(dòng)⑸,如下圖所示

圖2-7常螺旋面x圖2-7常螺旋面x=Xcosv-Ksinvy=Xsinv+Xcosvz=Z+pv(3)線性螺旋面線性螺旋面分為可展和不可展兩種,如果母線L和螺旋軸相交,那么稱為閉式線性螺旋面。如果二者不相交則稱為開式線性螺旋面,閉式線性螺旋面是不可展的;開式線性螺旋面則有可展和不可展之分,如果線性螺旋面被垂直于螺旋軸的平面(端平面)所截則在閉式螺旋面的截面內(nèi)得到阿基米德螺線。閉式線性線螺旋面也稱為阿基米德螺旋面,開式線性螺旋面在端平面所截的截面內(nèi)的漸開線,當(dāng)為常漸開線時(shí),此螺旋面為漸開線式螺旋面。線性螺旋面的基本方程為x=ax=acosv-/sinrsinvy=asinv+fsinrcosvZ=pv+tcosrt為M點(diǎn)到A點(diǎn)的直線距離(4)阿基米德螺旋面阿基米德螺旋面是閉式線性螺旋面圖2-8阿基米德螺旋面X=PCOSWy=psinW > (2-7)z=Pcotr+pWJ6螺旋立銃刀CAD刀刃部分參數(shù)化模型創(chuàng)建螺旋銃刀一般是指螺旋立銃刀,它包括端面立銃刀,球頭立銃刀,錐刃立銃刀。這些銃刀在結(jié)構(gòu)上屬于復(fù)雜刀具類型。螺旋銃刀的刀刃通常采用螺旋形刃線,這是因?yàn)槁菪蔚度性谇邢鬟^(guò)程中可改變切屑流向,使切屑沿螺旋槽流出,起到散熱、減小切削阻力、防止切屑劃傷己加工表面等作用。同時(shí),螺旋角可增大刀具的實(shí)際切削前角,提高切削刃的鋒利程度網(wǎng)。螺旋銃刀的刀刃部分是銃刀結(jié)構(gòu)中最復(fù)雜的部分,為實(shí)現(xiàn)對(duì)螺旋銃刀刀具的數(shù)學(xué)描述,必須建立刀具刃線及各特征表面的數(shù)學(xué)模型。復(fù)雜刃形的特征表面主要包括螺旋刀刃外形表面、刀具前刀面、刀具后刀面、刃傾角及溝槽等。其中螺旋刀刃及溝槽的結(jié)構(gòu)是螺旋銃刀的關(guān)鍵特征。目前所有的螺旋銃刀的刀刃部分都是刀具模型建立的難點(diǎn),根據(jù)目前銃刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),螺旋刃可以細(xì)分為:圓柱刃、圓錐刃兩種類型,又由于刀刃部分屬于螺旋曲面部分,所有結(jié)合上面的螺旋線理論,對(duì)立銃刀的刀刃進(jìn)行建模,同時(shí)與螺旋刃有關(guān)的特征都是建立在螺旋刃上,所有螺旋刃模型的建立,是刀具模型建立的關(guān)鍵。刀刃建模的思路是:根據(jù)刀具螺旋槽所具備的特征,繪制螺旋線,并同時(shí)將刀具的截面圖形在UG的草圖模塊下繪出,最后應(yīng)用UG建模模塊下的曲面建模功能生成螺旋刀刃部分,實(shí)踐證明,這是一種建立刀刃模型的好方法。在UG中建立應(yīng)用螺旋線螺旋刃部分在外形上屬于螺旋面結(jié)構(gòu),而螺旋面的基本耍素中最關(guān)鍵的是螺旋線和母線。母線按照螺旋線的規(guī)律進(jìn)行移動(dòng),從而就能夠形成刀具的螺旋面刀刃,也就是螺旋刃結(jié)構(gòu)。根據(jù)上面的螺旋線理論,引入螺旋線的參數(shù)化方程,應(yīng)用UG的規(guī)律曲線功能,用數(shù)學(xué)表達(dá)式的方法,繪制出螺旋線的三維模型x=acosW(2-8)y=asinw<z=Pw式2.8是螺旋線的參數(shù)化方程該方程還不能夠應(yīng)用在UG的建模狀態(tài)下,需要對(duì)該參數(shù)化公式進(jìn)行變換變形,使刀具結(jié)構(gòu)控制參數(shù)如螺旋角、螺旋班級(jí)、螺旋線軸向長(zhǎng)度等參數(shù)體現(xiàn)在螺旋線的方程中,這樣建立的螺旋線就可以對(duì)該刀具參數(shù)化模型進(jìn)行驅(qū)動(dòng),下式為變換后的參數(shù)化方程xt=a*cos(f*t*h*tan(u)/a)yt=a*sin(f*t*h*tan(?)/tz)> (2-9)zt=t*h ,a——刀具截面半徑f—螺旋線差值常系數(shù)h——螺旋線軸線長(zhǎng)度t——參數(shù)化方程參數(shù)u——螺旋角(與螺旋升角。的關(guān)系為:8+u=90°)在UG建模環(huán)境下,選擇“插入——>曲線一>規(guī)律曲線”進(jìn)入規(guī)律曲線的構(gòu)造器,將變換后的參數(shù)化方程,當(dāng)a=12.5,f=17,1=71,t=0,u=30按照UG的規(guī)則輸入后生成了滿足要求的螺旋線⑺,如圖所示

圖2-9螺旋線表達(dá)式截圖生成的曲線如下圖所示圖2-10螺旋線當(dāng)改變參數(shù)后會(huì)改變曲線的形狀,從而實(shí)習(xí)建模的參數(shù)化,并最終改變生成的模型形狀。例如當(dāng)作57之后,生成的曲線如圖所示:

圖2-11改變參數(shù)后的螺旋線螺旋線生成以后就可以繪制刀具的截面廓形曲線,也就是母線,一般刀具的母線都是由直線段和圓弧組成。在UG建模狀態(tài)下,進(jìn)入草圖環(huán)境,根據(jù)刀具設(shè)計(jì)的圖紙關(guān)系,利用UG草圖虛線命令進(jìn)行繪制,并利用尺寸進(jìn)行約束,如下圖所示圖2-12截面草圖

我們根據(jù)圖紙可以看出刀具的前角后角分別為5°和10°。端截面母線沿螺旋線掃略而成,應(yīng)用UG建模的sweep命令,選擇螺旋線為引導(dǎo)路徑,母線為截面線串,刀具軸中心線作為脊線,實(shí)現(xiàn)刀具刃部模型的創(chuàng)建,如圖所示圖2-13銃刀刃部特征2.63刀柄以及端部形狀的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用UG強(qiáng)大的建模功能,建立柄部以及刀具前段的角度特征,如下圖所示。柄部的長(zhǎng)度/為圖2-14銃刀建模圖7銃刀的有限元分析ANSYS介紹根據(jù)上面建立的三維模型,可以進(jìn)行一系列的后續(xù)工作,其中之一就是有限元分析。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和耦合場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS公司開發(fā),它能與多數(shù)CAD軟件接口,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換,如Pro/Engineer,Unigraphics,NASTRAN,Alogor,I-DEAS,AutoCAD等,是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAD工具之一。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域:航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)器械等。ANSYS軟件在Linux,Windows下均有版本,并同時(shí)有32位和64位版本⑻軟件主要包括三個(gè)部分:前處理模塊,分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具,用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析(可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析)、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析,可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用,具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示(可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部)等圖形方式顯示出來(lái),也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型,用來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本,可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上,如PC,SGLHP,SUN,DEC,IBM,CRAY等。定義屬性并劃分網(wǎng)格采用自由劃分的方式,網(wǎng)格的尺寸為7,劃分后的結(jié)果如圖所示材料為M42高速鋼,螺旋角為30°。高速鋼的材料屬性:C的百分含量為1.05-1.15,Mn=O.15-0.40,Si=0.15-0.65,Cr=3.5-4.25,Ni=0.3,Mo=9.00-10.00,W=l.15-1.85,V=0.95-1.35,Co=7.75-8.75,Cu=0.25,P=O.O3,S=O.O3,楊氏模量為2.1e+lIN/n?,泊松比為0.3,密度為7980kg/m,熱膨脹系數(shù)=L33e-O.O5K,拉伸強(qiáng)度為970N/mm2,切削長(zhǎng)度為12mm,主軸轉(zhuǎn)速為600r/min,進(jìn)給速度為240mm/min,每轉(zhuǎn)一周的進(jìn)給量為0.1mm倒。立銃刀通過(guò)四面體網(wǎng)格完成劃分,這個(gè)四面體元素是一個(gè)十節(jié)點(diǎn)的固體元素,有3個(gè)自由度,可以用來(lái)計(jì)算位移,適合不規(guī)則的形狀,擁有可塑性的元素,蠕變,膨脹,應(yīng)力剛化,大變形,大應(yīng)變和能力。圖2-15網(wǎng)格的劃分情況施加載荷以及結(jié)果下一步是固定刀柄,我們假定的情況是載荷是施加在一條切削刃上,切削長(zhǎng)度為12mm,立銃刀的載荷施加情況如下圖所示⑼。

圖2-16圖2-16刀刃受力狀態(tài)對(duì)于處于特定的時(shí)間和角度的靜態(tài)載荷來(lái)說(shuō),載荷是施加在切削刃上,在0=32°的時(shí)候,我們假定Fr=157.15N,Ft=238.77N,Fa=49.77N。我們通過(guò)下面3種情況來(lái)分析整個(gè)受力的狀態(tài),第一種情況:是當(dāng)只有刀尖受力的時(shí)候(如圖所示):0甲J.CJ>口,e -X3川….fTzszir*w?3rw*ir圖2/7刀尖受力狀態(tài)得到的分析結(jié)果如下圖所示圖2-19應(yīng)力圖可以得出,最大的位移在刀尖部分,為0.229XE-6,而最小位移在刀柄的后端,基本上沒有變化。而應(yīng)力最大的地方位于刀尖處,因?yàn)橹挥械都庖稽c(diǎn)受力,所以出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象,最大應(yīng)力為880pa。ralf???ffeee?二”;??A'xv./、|(m*Ifit????圖2-20切削刃部分受力圖WA?<rfn> ?工]■,?*,**?CvttwtaS3QES*???!,?一*???a???MtBi?<,????》?staticaiMlysXsofaa?Xalllralfr?¥?offdoh■8仆”力Q圖2-21位移圖最大位移為0.364E-5,仍然是位于刀尖受力的前部。ITS4”tinc??mt,!■—StjI—o;e0teed。aAHe??”-,G,e-r>;e0teed。aAHe??”-,G,e-r>>0麗回???ffeee。。,』芻"Q二”,8>-0與生。列■網(wǎng)Ff?,■〈《???■<■,?,加―???:?■<■???????■,“?”■—?,1?■??,,??4???圖2-22應(yīng)力圖最大應(yīng)力位于刀尖處,為1043pa,第二種情況是符合實(shí)際的切削狀態(tài),實(shí)際的切削長(zhǎng)度為12mmo第三種情況,當(dāng)整條切削刃受力的時(shí)候圖2-23受力圖最后的位移圖和應(yīng)力圖分別如下所示圖2-24位移圖最大位移為0.665E-5,位于刀尖的前部。ImmI |m>I圖2-25應(yīng)力圖最大應(yīng)力是1294pa,但是應(yīng)力的位置從刀刃部分變?yōu)榈侗?,說(shuō)明切削力的位置變化也會(huì)影響到刀柄的受力狀態(tài)。8本章小節(jié)本章通過(guò)對(duì)螺旋線理論的研究,找出螺旋立銃刀的螺旋線方程,并結(jié)合UG強(qiáng)大的曲線和造型功能,實(shí)現(xiàn)螺旋立銃刀的建模。并結(jié)合有限元分析軟件ANSYS,分析銃刀在受力下的靜態(tài)分析,得出相應(yīng)的結(jié)果,定性研究銃刀的受力情況。第3章二齒球頭立銃刀CAD1Pro/E簡(jiǎn)介Pro/E野火版4.0是美國(guó)PTC公司的產(chǎn)品,1988年,VI.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展,Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊,它使CAD系統(tǒng)的互連互通性能又上了一個(gè)新的臺(tái)階。Pro/E主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)U°L(1)三維實(shí)體造型與曲面造型系統(tǒng)以三維實(shí)體造型為主要的造型模式,設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)結(jié)果可以真實(shí)模型表現(xiàn)出來(lái),并隨時(shí)進(jìn)行模型相關(guān)物理量如體積、面積、重量、慣性矩等的計(jì)算;另外系統(tǒng)還提供了曲面造型模式,設(shè)計(jì)者可以設(shè)計(jì)出形狀不規(guī)則的曲面甚至自由曲面。(2)單一數(shù)據(jù)庫(kù)單一數(shù)據(jù)庫(kù)是指Pro/E建立在統(tǒng)一基層的數(shù)據(jù)庫(kù)上,而不像一些傳統(tǒng)CAD/CAM系統(tǒng)一樣建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。(3)行為建模技術(shù)Pro/E的行為建模為設(shè)計(jì)人員提供了他們需要的工具,用來(lái)滿足工程師或客戶目標(biāo)的智能化產(chǎn)品模型。它們比傳統(tǒng)形式的特征工具有更高的智能。這些自適應(yīng)過(guò)程特征可滿足特定的工程需求,能被用來(lái)捕捉高標(biāo)準(zhǔn)的原始設(shè)計(jì)意圖,并驅(qū)動(dòng)最優(yōu)模型設(shè)計(jì)。(4)參數(shù)化設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)是指在工程設(shè)計(jì)中,用可變參數(shù)而不是固定尺寸表達(dá)零件形狀或部件裝配關(guān)系,即通過(guò)設(shè)置參數(shù)就可以表達(dá)零件形狀或部件裝配關(guān)系,同時(shí)也允許通過(guò)修改以完成零件形狀或部件裝配關(guān)系的修改。二齒球頭立銃刀的設(shè)計(jì)流程基于工藝設(shè)計(jì)流程的設(shè)計(jì)工具的開發(fā)必須依據(jù)零件的工藝設(shè)計(jì)過(guò)程。兩齒球

頭立銃刀的工藝設(shè)計(jì)流程如圖3-1所示,本系統(tǒng)所構(gòu)建的設(shè)計(jì)工具包括:刀體設(shè)計(jì)工具、主螺旋溝槽、副螺旋溝槽、周刃后角設(shè)計(jì)工具、端齒后角設(shè)計(jì)工具、標(biāo)準(zhǔn)GASH工具及端刃前角設(shè)計(jì)工具等。刀體

設(shè)計(jì)刀體

設(shè)計(jì)圖3-1兩齒球頭立銃刀的工藝設(shè)計(jì)流程二齒球頭立銃刀的CAD設(shè)計(jì)1.兩齒球頭立銃刀三維模型的建立根據(jù)銃刀的設(shè)計(jì)參數(shù)使三維設(shè)計(jì)軟件Pro膽進(jìn)行建模,對(duì)于每一個(gè)設(shè)計(jì)步驟建立相對(duì)的設(shè)計(jì)模型。下面描述建立兩齒球頭立銃刀模型的完整步驟。第一步:建立刀體部分。點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)特征,選擇RIGHT基準(zhǔn)面,進(jìn)入草繪模式,在草繪模式下按如圖3-2繪制草圖,點(diǎn)擊輸入旋轉(zhuǎn)角度360度,點(diǎn)擊J,則得到刀體部分如圖3-2所示。

圖3-2草圖刀體如圖3-3所示圖3-3生成的刀體圖第二步:建立螺旋主溝槽因?yàn)榍蝾^立銃刀的特殊性,所以在Pro/E環(huán)境下,螺旋主溝槽分為兩部分:周刃螺旋主溝槽和端刃螺旋主溝槽。采用的建模方式也不一樣,前者采用混合的方式建模,后者采用可變剖面掃描建模。A建立周刃螺旋主溝槽在草繪模式下繪制如圖34的草圖,將其存檔備用。打開第一步建立的刀體,在球頭的最下端新建基準(zhǔn)平面DTMI,在Pro/E菜單中,點(diǎn)擊插入——>混合——>

切口——>一般——>規(guī)則截面一>草繪截面,在屬性菜單管理器中選擇光滑。進(jìn)入草繪環(huán)境在草繪菜單下選擇數(shù)據(jù)來(lái)自文件導(dǎo)入A所畫的草圖,重復(fù)16次,這里把周刃螺旋主溝槽分為17個(gè)平面。完成后得到有周刃主溝槽特征的模型如圖3-5,將其存檔備用。圖3-4周刃螺旋主溝槽截形MSMt'KSSWs?1V)g。??>J4c -M 圖3-4周刃螺旋主溝槽截形MSMt'KSSWs?1V)g。??>J4c -M 一八;;??i二r/caeQU3WtnTmmHin?nnui—.?rtnuuE*,Mto?iwuuMu.■i*Tntm(WMWi圖3-5周刃螺旋主溝槽形狀B建立端刃螺旋主溝槽掃描端刃螺旋主溝槽,需要掃描軌跡,在此選擇端刃曲線作為掃描軌跡。為獲得光滑的S形端刃,根據(jù)日本牧野銃床精機(jī)公司的研究,球頭立銃刀的端刃曲線應(yīng)是正交螺旋面和球面的交線,其曲線方程式求法如下a.球面方程式TOC\o"1-5"\h\zx=Rcoscos° 、y=Reossin8A (3-1)z=Rsin8 」式中R為球頭半徑b.正交螺旋面的方程X=Rxcos9Y=Rxsin8 > (3-2)Z=—02JiRx——螺旋面選定點(diǎn)的半徑P——螺旋面上的導(dǎo)程c.端刃曲線的方程式由于交線既在球面上也在正交螺旋面上,故有TOC\o"1-5"\h\zcP 0(3-3)sinB= 0= (3-3)2兀Rtan3 LcosB=>/1-sin2P=JI-(---)2Vtan3 」式中:3——半徑為R的外圓柱面上的螺旋角將3-3式代入3-1,便得到端刃曲線的方程式(3-4)(3-4)Pro/e曲線方程為a=2*sqrt(3)*pi(3-5)theta=36O*t(3-5)x=7*cos(theta/a)*sqrt(1-(t)A2)y=7*sin(theta/a)*sqrt(1-(t)A2)z=7*t打開上一步所建的周刃螺旋主溝槽模型,點(diǎn)擊可變剖面掃描七,選取中心線、端刃曲線分別作為原始軌跡和掃描軌跡,如圖3-6所示,進(jìn)入草繪環(huán)境,選取數(shù)據(jù)來(lái)自文件導(dǎo)入A所畫的草圖。圖3-6選取原始軌跡線端刃螺旋主溝槽如下圖所示:圖3-7建立端力螺旋主溝槽第三步:建立螺旋副溝槽因?yàn)榍蝾^立銃刀的特殊性,所以在Pro/E環(huán)境中,螺旋副溝槽同樣分為兩部分:周刃螺旋副溝槽和端刃螺旋副溝槽。采用的建模方式也不一樣,前者采用混合的方式建模,而后者采用可變截面掃描建模。A:建立周刃螺旋副溝槽在草繪模式下繪制如圖3-8的草圖,將其存檔備用。打開第二步建立的模型,在Pro/E菜單中,點(diǎn)擊插入 >混合 >切口 >一般 >規(guī)則截面1 >草繪截面,在屬性菜單管理器中選擇光滑,進(jìn)入草繪環(huán)境。在草繪環(huán)境下,在草繪菜單下選擇數(shù)據(jù)來(lái)自文件導(dǎo)入A所畫的圖,重復(fù)16次,這里把周刃螺旋副溝槽分成17個(gè)平面,完成后得到有周刃螺旋副溝槽特征的模型如圖3-9所示,將其存檔備用。圖3-8周刃螺旋副溝槽截面形狀最終建立的周刃螺旋副溝槽如下圖所示:

■sr>>?■?<)"9vn?)?1e一”?(3A■sr>>?■?<)"9vn?)?1e一”?(3A、口1T。,.:;;,〃工卜22,S?2Ksxxn MTMvemiMfiWi*.cimxhi”a.B端刃螺旋副溝槽?>?>kstiaua>aav-x**a)vn?)生碧3詼一招范?2——?-Bi。。;‘,〃"小I《I'*M?>?>kstiaua>aav-x**a)vn?)生碧3詼一招范?2——?-Bi。。;‘,〃"小I《I'*M3-10端刃螺旋副溝槽第四步建立刃后角因?yàn)榍蝾^立銃刀的特殊性,所以在Pro/E環(huán)境中,刃后角同樣分為兩部分:周刃后角和端刃后角。采用的建模方式也不一樣,前者采用混合建模,而后者采用可變剖面建模,方法和第二步、第三步基本類似,在這里不再詳述。周刃后角和端刃后角模型建成如圖3-11和3-12所示=!k!izBL』ir』3*r *1=!k!izBL』ir』3*r *1kr?.saan?Wtii??<Mir4W.Mtm9V?^nn9.?3UXfHW)?rirameffa.3-11周力后角ms?■?> /s??*?1W)ms?■?> /s??*?1W)?WKaan Mru?C?*aowj?.oshr3??MW*r-?e???rtroonenw.ve3-12端刃后角第五步在草繪模式下繪制如圖3-13的草圖,將其存檔備用。打開第一步建立的刀體,在Pro/E菜單下,點(diǎn)擊插入 >混合 >切口 >一般 >規(guī)則截面 >草繪截面,在屬性菜單管理器中選擇光滑,進(jìn)入草繪環(huán)境。

圖3-13截面形狀最終建立的模型如圖3-14所示圖3-14處理后的結(jié)果第六步建立三次刃后角運(yùn)用Pro/E強(qiáng)大的曲面界面功能。運(yùn)用曲面實(shí)體化功能去除多余的材料,得到的最終球頭立銃刀的實(shí)體模型如圖3-15

圖3-15最終效果圖4本章小節(jié)通過(guò)本章的學(xué)習(xí),進(jìn)一步的掌握了Pro/E的曲面造型功能,同時(shí)也加深了對(duì)球頭立銃刀的認(rèn)識(shí),對(duì)于Pro/E這個(gè)軟件的掌握程度進(jìn)一步增強(qiáng)。第4章 臺(tái)階式可轉(zhuǎn)位面銃刀設(shè)計(jì)16300可轉(zhuǎn)位面銃刀介紹刀片可轉(zhuǎn)位刀具是一種新型的機(jī)械夾固式刀具,它與一般機(jī)械夾刀不同,對(duì)可轉(zhuǎn)位面銃刀而言,其優(yōu)點(diǎn)顯著體現(xiàn)在以下方面:.生產(chǎn)率高面銃刀本身就是一種銃削較大平面的高效率刀具。刀片避免了焊接和刃磨,更能保證刀片質(zhì)量,充分發(fā)揮其切削性能,提高銃削速度和走刀量。與焊接銃刀相比,一般生產(chǎn)效率在銃削鋼時(shí)可提高1?5倍,走刀量可提高3?5倍。.換刀省時(shí)省事在生產(chǎn)中要把笨重的銃刀從銃床上拆下來(lái),裝上去是很費(fèi)力和麻煩的事情。而且銃刀刃磨時(shí)間長(zhǎng),銃床停機(jī)時(shí)間也長(zhǎng)。若改用可轉(zhuǎn)位銃刀,刀片的調(diào)位的換片可在銃床上進(jìn)行,不需要裝拆銃刀,大大縮短了生產(chǎn)輔助時(shí)間和減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。特別在自動(dòng)機(jī)和自動(dòng)線上這一點(diǎn)更為重要。.采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式可保證刀片很高的定位精度,不需要調(diào)整也能保證銃刀徑向和軸向偏擺不超過(guò)允許數(shù)值(一般為0.03毫米左右)。.可轉(zhuǎn)位銃刀比焊接銃刀更抗沖擊和耐磨,有效地避免了焊接式銃刀普遍存在的崩刃打刀現(xiàn)象1皿。UG的特征造型技術(shù)在一系列造型軟件中屬于上乘作品,在高端領(lǐng)域可以和CATIA并駕齊驅(qū)。造型完成之后,通過(guò)UG強(qiáng)大的裝配功能,可以輕松實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)??赊D(zhuǎn)位面銃刀的裝配體分析可轉(zhuǎn)位面銃刀的裝配體如圖3-1所示。刀體、刀槽體、以及定位環(huán)都屬于旋轉(zhuǎn)體特征,通過(guò)旋轉(zhuǎn)特征可以實(shí)現(xiàn),而螺釘、彈簧、定位銷屬于標(biāo)準(zhǔn)件,應(yīng)該按照標(biāo)準(zhǔn)件的畫法來(lái)實(shí)現(xiàn)特征,最后將所有的零件裝配起來(lái),采用特征造型技術(shù)作為銃刀參數(shù)化設(shè)計(jì)和制造的輔助手段加以應(yīng)用,取得了很好的設(shè)計(jì)效果⑺。

圖4-1可轉(zhuǎn)位面銃刀裝配體1.刀體2.刀槽體3.定位環(huán)4.拉桿5.刀片6.螺釘M6X307.螺釘M16X708.圓柱銷9.墊圈4)300臺(tái)階式可轉(zhuǎn)位面銃刀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①銃刀上的每個(gè)齒分別排列在不同的直徑和高度上,在軸向和徑向成階梯形分布。切削力大為堅(jiān)守,為普通端銃刀切削力的1/9,因此能適應(yīng)各種薄壁易震零件的端面加工;②采用彈簧楔塊夾緊,具有定位加緊可靠,更換刀片操作方便、節(jié)省輔助時(shí)間等優(yōu)點(diǎn);③節(jié)省刀具耗費(fèi)費(fèi)用,由于刀片采用階梯形排列,在同一銃刀上刀片有粗精之分,刀片的磨損程度不一,不需要更換全部刀片,可以將后面的幾片移到前面作粗銃之用“時(shí)(b300臺(tái)階式可轉(zhuǎn)位面銃刀刀具參數(shù)以及使用條件刀片的材質(zhì)采用:YG6,為鋁鉆類硬質(zhì)合金,適用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料,6表示含鉆量的百分比,這種車刀一般分三種YG3,YG6,YG8依次用于粗、半精、精加工刀片的型號(hào)為4XH16,刀具的幾何參數(shù)為k=80°;丫軸=-4°;丫徑=14°;a軸=15°,a徑=9°56';z=12。使用條件:機(jī)床適用立銃、臥銃、專用銃床??杉庸ち慵焊鞣N箱體類薄壁零件。材料鑄鐵HT20—40,硬度為HB170?241切削用量:銃削速度v=221m/min,進(jìn)給速度為v/=l18mm/min;銃削深度為ap=3~3.5mm使用效果①解決了薄壁零件銃削口寸容易產(chǎn)生振動(dòng)的難題。②減少了輔助時(shí)間,提高生產(chǎn)率12%③降低刀具消耗費(fèi)用50%④加工表面粗糙度6以上,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于批量生產(chǎn)的機(jī)床4.26300可轉(zhuǎn)位面銃刀的建模步驟主要零部件的建立1.刀體的三維建模刀體為何轉(zhuǎn)體零件,其建模過(guò)程主要有五個(gè)步驟:1)繪制草圖可以直接根據(jù)圖紙上標(biāo)注的長(zhǎng)度及方向,在草圖功能中繪制。也可以利用UG中存在的先將輪廓大體上繪制完畢,然后再選用尺寸關(guān)系將每個(gè)尺寸定位,確定其位置,繪制完效果如圖4-2所示。

完成草圖繪制后,利用UG設(shè)計(jì)特征的模塊,選擇回轉(zhuǎn)特征,然后根據(jù)提示選擇上一步中供繪制的草圖,回轉(zhuǎn)軸為YC,回轉(zhuǎn)開始點(diǎn)利用點(diǎn)構(gòu)造器,選為原點(diǎn),旋轉(zhuǎn)角度為360度,生成結(jié)果如圖4-3所示。

圖4-3刀體輪廓的生成3)刀槽的生成刀槽的生成是刀體建模中最為關(guān)鍵的一步。首先采用插入基準(zhǔn)平面的方法,將刀槽的一個(gè)面定位,然后在此基準(zhǔn)平面內(nèi)繪制相應(yīng)的草圖,再利用拉伸除料生成刀槽的初步;根據(jù)角度的關(guān)系,插入相應(yīng)角度的基準(zhǔn)平面,確定刀槽其余兩個(gè)而的角度,并在基準(zhǔn)平面內(nèi)繪制草圖,完成刀槽的建模。如圖44所示。

圖4-4刀槽的生成4)完成孔部件的建模過(guò)程,利用

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