基于solidworks的二刃螺旋钻铰刀的实体造型.doc

基于SolidWorks的二刃螺旋钻铰刀实体造型
吕鹏 周利平
(西华大学 机械工程与自动化学院, 成都, 610039)

摘要:为创建有限元分析需要的二刃螺旋钻铰刀模型，采用SolidWorks软件对二刃螺旋钻铰刀进行了三维参数化实体造型。介绍了SolidWorks软件的造型特点和二刃螺旋钻铰刀的造型过程。
关键词:钻铰刀;SolidWorks;实体造型
中图分类号:TH
The solid Modeling of Reamers Based on SolidWorks
Lvpeng zhouliping
(School of Mechanical Eng. and Automation, Xihua University, Chengdu, China, 610039)
Abstract：In order to build solid modeling of reamers that is needed for finite element analysis,we choose solidworks software as the tool to create a solid modeling.Thus the feature of slidworks software and the process of modeling will be introduced.
Key Words：Reamers; SolidWorks; Solid modeling
1前言
铰刀是一种常用的铰削工具，具有直刃或螺旋刃的旋转精加工刀具,用于扩孔或修孔。铰刀用于铰削工件上已钻削（或扩孔）加工后的孔，主要是为了提高孔的加工精度，降低其表面的粗糙度，是用于孔的精加工和半精加工的刀具。因此铰刀的精度直接决定着被加工零件的精度。利用AutoCAD等二维软件对其建立实体模型时比较困难，而且钻铰刀的分类比较多当需要不同参数的刀具模型时，重复的对刀具建模极大浪费时间浪费精力，致使工作效率低下。而采用SolidWorks进行实体造型就避免了这一弊端，利用软件的参数化建模及尺寸驱动功能，可以通过对一系列的刀具修改尺寸得到不同参数的新刀具，从而提高效率。
2 SolidWorks设计技术
2.1 SolidWorks简介
SolidWorks是美国SolidWorks公司基于Windows平台开发的著名的全参数化三维实体造型软件，它具有强大的零件设计、管理设计、支持异地协同工作等功能，它可以实现由三维实体造型向二维工程图的转化，能够使零件设计、装配设计和工程图保持全时间的相关和同步。但由于它是商品化的CAD软件，注重的是一种通用性，因而有必要针对用户进行个性化开发。
功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。对于分类众多的铰刀模型，利用软件的尺寸驱动功能，只要在原来模型的基础上修改尺寸即可重新生成新的符合要求的模型，大大提高了效率。而且无论是草绘还是特征或者装配图中都能实现尺寸驱动。
2.2 SolidWorks参数化设计
参数化设计是指零件和装配件的物理形状由特征属性值( 主要尺寸) 来驱动，用户可随时修改特征尺寸和其它属性。设置一组控制参数来约束相似零部件的结构尺寸，通过更改控制参数即可驱动生成新的设计，从而有效提高生产效率，缩短设计周期。
2.3 SolidWorks 二次开发
常用的SolidWorks 的二次开发方法主要有两种，一种是编程法, 一种是尺寸驱动法。编程法是将设计过程的所有关系式融入应用程序中, 利用程序来顺序地执行设计过程。尺寸驱动法是在保持模型结构不变的情况下,将模型的尺寸标注视为变量, 给予不同的尺寸值, 就能够获得一系列结构相同而尺寸不同的相似零件。利用第二种方式进行二次开发, 在参数化建模中并不重复模型的生成过程, 而只是在三维样板图的基础上改变相应尺寸从而达到更新模型的目的。
SolidWorks系统具有非常开放的体系结构 ,通过OLE Automation技术为用户提供了强大的二次开发接口，SolidWorks API是 SolidWorks的OLE应用程序开发接口，凡支持OLE和COM编程的编程语言，如Visual C + +、Visual Basic等都可以作为开发工具。
3二刃螺旋钻铰刀的实体造型
3.1 铰刀结构分析及参数
铰刀结构（如图1.1）它是以二刃切削,其刀刃的对面刀体除起支承作用外,还起减振和挤压平整已加工表面、降低孔的表面粗糙度值的作用。铰刀的容屑槽大,切削液进出通畅易排屑。铰刀以自身刀体作引导,可以加工较深的孔,其孔的直线度较好。铰削通孔时可采用带刃倾角λs=10°的结构,以使切屑导向前方流出。

图1.1二刃螺旋钻铰刀结构
刃背直径 D。 端刃后刀面宽 b. 刀尖倒角宽 f
心厚 Ф 第一后角 α.1 刀尖后角 θ1
槽底过芯量 e 第二后角 α.2 刀尖倒角 θ
棱带宽 F 端刃后刀面宽 b1 横刃 k
刃带 b 第一后角 α1
槽底 R。 第二后角 α2
3.2 铰刀的实体造型过程
①首先通过拉伸方式得到待加工材料。
②根据容屑槽的尺寸，利用扫描切除命令创建扫描路径以及扫描轮廓。扫描轮廓要垂直于扫描路径而且要位于扫描路径的起点。这样得到二刃螺旋钻铰刀一侧的容屑槽，以圆柱面的轴心建立基准轴1阵列后形成全部的容屑槽（如图1.2）。
③根据周刃尺寸，利用扫描切除命令形成周刃，再以基准轴1阵列得到全部的周刃模型（如图1.3）。
④利用旋转切除命令形成内端刃（如图1.4）。
⑤目前完成的沟槽为直槽，为得到螺旋槽这里采用弯曲命令实现刀具的螺旋特征（如图1.5）。
⑥由于二刃螺旋钻铰刀的外端刃存在前角、后角，对端刃需要继续进行特征造型。前角后角的同时存在，使用软件中的拉伸切除成形到一面命令完成后角的特征造型。首先使用曲面拉伸命令做出一个曲面。曲面特征完成后，通过“拉伸切除”操作完成前角、后角特征（如图1.6）。

图1.2容屑槽

图1.3周刃

图1.4内端刃

图1.5扭转特征
⑦内端刃的前角后角造型过程同外端刃的前角后角造型过程一致（如图1.7）
⑧同理可完成相对侧的前角、后角特征。最后二刃螺旋钻铰刀存在GASH，扫描切除后即可形成，至此完整的二刃螺旋钻铰刀的实体造型全部完成（如图8）。

图1.6外端刃的前角后角

图1.7内端刃的前角后角

图1.8GASH及二刃螺旋钻铰刀
4 标准参数变化时刀具模型的建立
在以上要求的刀具实例模型中，按照刀具的结构相似性进行分类，建立具有一组相似几何特征的一个实例模型，称为零件簇法。在所建立的实例模型中，各个相关设计参数必须建立起联系，在SolidWorks中就是指要加入各种方程式，以实现尺寸间的驱动。在加入方程式时需要注意，方程式的基本语句是“尺寸名称1”@“尺寸1特征位置”=“尺寸名称2”@“尺寸2特征位置”的三角函数或四则运算，不可建立不等式方程和连续等号方程。且尺寸1为被驱动尺寸，尺寸2为驱动尺寸。

图1.9方程式
5 二维工程图的生成
在SolidWorks中有了三维实体模型，在尺寸确定后就可以由模型直接生成工程图，将设计的三维二刃螺旋钻铰刀模型投影生成二维工程图。在工程图的模板中可以预先定义各标准的视图（主视图、俯视图、左视图），插入模型尺寸可实现工程图与模型零件之间的双向驱动。如图1.10所示

图1.10工程图的生成
三维到二维的尺寸驱动是由软件本身实现的，此软件实现了三维图二维图的尺寸相关性，即三维模型中的尺寸修改可以驱动二维工程图，这样对于一系列的零件簇的建立只需要简单修改三维模型尺寸即可得到满足要求的新的工程图。
6 结束语
利用SolidWorks软件进行二刃螺旋钻铰刀设计，对于特征相一致，规格不同的二刃螺旋钻铰刀可以通过简单的修改尺寸得到一系列的三维模型及二维图，大大节约了时间提高了工作效率。该软件为复杂刀具的设计、制造提供了一种便捷的解决方案。并可为CAD/CAM/CAE一体化制造提供可靠的产品模型。
参考文献
[1] 杨昌明，刘文鹏.尺寸驱动的圆柱螺旋弹簧参数化实体设计.煤矿机械，2007，28（1）：19～21
[2] 王宗彦, 等. SolidWorks机械产品高级开发技术[M]. 北京：北京理工大学出版社, 2005
[3] 实威科技.SolidWorks2004原厂培训手册.北京：中国铁道出版社，2004
[4] 王春雷.整体硬质合金刀具参数化建模技术与方法的研究[D].西华大学硕士学位论文，2009

第一作者简介：吕鹏（1980—），男，山东潍坊人，硕士研究生在读，主要研究方向：机械CAD/CAE。
联系电话：[phone]，Email：lvpengly@。