棱体成形车刀的计算机辅助设计
<H1><FONT size=2>1 引言</FONT></H1><DD>成形车刀是切削加工中常用的加工回转体成形表面专用刀具，其切削刃形状是根据被加工回转体表面廓形设计的。采用成形车刀加工不仅可保证稳定的加工质量，而且生产率高、刀具可重磨次数多、使用寿命长。但传统的成形车刀手工设计方法设计周期长、工作量大、设计精度不高。为缩短设计周期，提高设计精度，我们开发了棱体成形车刀计算机辅助设计系统。<BR>
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<TD align=middle><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_cuguks2007121112453.gif"><BR><B>图1</B></FONT></TD></TR></TBODY></TABLE>
<H1><FONT size=2>2 系统构成及运行环境</FONT></H1>
<DD>棱体成形车刀CAD系统以AutoCAD R2000为支撑平台，利用Visual C++ 6.0和AutoCAD R2000提供的Object ARX 3.0二次开发工具将应用程序编译成ARX动态链接库，在AutoCAD环境下加载运行。系统界面采用中文交互式操作，且每步操作均有提示。系统采用模块化结构设计，由初始化设置、刀具结构设计、廓形设计、图形生成及尺寸标注、图形输出等功能模块构成(见图1)。
<H1><FONT size=2>3 棱体成形车刀的CAD 设计方法</FONT></H1>
<DD>成形车刀的前、后角是通过安装形成的。设计时，在系统提示用户选择工件材料后，系统可根据所选材料自动确定成形车刀的前角<FONT face=symbol>g</FONT><SUB>f</SUB>和后角<FONT face=symbol>a</FONT><SUB>f</SUB>。
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<LI>刀具结构的设计</B>
<DD>棱体成形车刀的装夹部分采用燕尾结构，这种结构夹固可靠，能承受较大切削力。棱体成形车刀的主要结构参数包括刀体总宽度L<SUB>c</SUB>、刀体高度H、刀体厚度B、燕尾结构尺寸等。
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<TD align=middle><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_hrpzyx200712111254.gif"><BR><B>图2</B></FONT></TD></TR></TBODY></TABLE>
<LI>刀体总宽度L<SUB>c</SUB>
<DD>成形车刀的刀体总宽度L<SUB>c</SUB>与切削刃总宽度L<SUB>c</SUB>ˊ相等，即L<SUB>c</SUB>=l+a+b+c+d。式中各尺寸含义如图2所示。l为工件廓形宽度；a为避免切削刃转角处过尖而附加的切削刃宽度，取a=0.5～3mm；b为考虑工件端面加工和倒角而附加的切削刃宽度，其数值应大于端面精加工余量和倒角宽度。如工件有倒角，则此段的<FONT face=symbol>K</FONT><SUB>r</SUB>值应等于倒角值，b值应比倒角宽度大1～1.5mm。系统需根据该值来判断工件的最右端面是圆弧还是倒角部分。c为保证后序切断工序顺利进行而设的预切槽切削刃宽度，取c=3～8mm；d为保证切削刃超出工件毛坯表面而设的附加切削刃宽度，取d=0.5～2mm。以上参数在命令行提示的常用范围(单位为mm)内，由用户以AutoCAD命令方式输入。</DD>
<LI>刀体高度H
<DD>在成形车刀刀夹结构允许的情况下，刀体高度H值应尽可能取得大一些，这样可增加刀具重磨次数。本系统的推荐值为H=75～100mm，公差为±2mm。该参数可通过人机交互方式输入。</DD>
<LI>刀体厚度B
<DD>刀体厚度B的选取应保证刀体具有足够强度，同时还应考虑排屑顺畅、安装方便等因素。此外，B值还与燕尾结构尺寸及工件的最大廓形深度A<SUB>max</SUB>有关，且应满足一定条件。B值由系统根据刀具总宽度自动选取。</DD>
<LI>燕尾结构尺寸
<DD>燕尾结构尺寸应与切削刃总宽度L<SUB>c</SUB>及成形车刀的结构尺寸相适应，同时还与装夹结构尺寸有关。由于燕尾尺寸已标准化，本系统已将有关文献中的燕尾结构尺寸存入数据文件中，以备系统调用。系统可根据刀具总宽度自动选取燕尾结构尺寸。</DD></LI></OL><B></DD>
<LI>刀具廓形的设计</B>
<DD>回转体类零件廓形一般由圆弧段、直线段及其它非圆曲线段构成。由于各段廓形的修正计算方法各不相同，因此在进行廓形修正计算前首先要区分圆弧段和直线段。
<DD>系统根据用户以人机交互方式输入的各转折点的直径及对应的上、下偏差和轴向距离进行数据处理和廓形计算，并根据预先确定的绘图方向进行坐标点设置。在对圆弧段进行修正计算时，需判断该圆弧是凸圆弧还是凹圆弧、是对称圆弧还是非对称圆弧。
<DD>当工件成形表面为圆弧时，由于前角和后角的存在，与之对应的成形车刀廓形实际上已不是圆弧形。但在圆弧形状精度要求不高时，为简便起见，可仍以圆弧作为刀具廓形，不过其半径将增大，如图3所示。图中1-2-3表示半径为r、中心在O点、廓形深度为a<SUB>p</SUB>的工件圆弧。用计算法可求出刀具廓形深度P及点2'，然后通过1，2'，3作一圆弧，该圆弧即为可替代刀具廓形曲线的近似圆弧，其半径R及中心点O<SUB>C</SUB>的位置可从ΔOA3及ΔO<SUB>C</SUB>A3中求出。<B></DD>
<LI>图形生成及尺寸标注</B>
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<LI>图形生成
<DD>在上述设计步骤所获得的数据基础上，系统通过廓形点的转换和成形车刀工作图、样板图的结构尺寸来定义点的坐标并判断工件上径向最小点的方向，从而确定点的坐标和绘图方向。通过调用AutoCAD命令即可生成成形车刀的工作图和样板图。<BR>
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<TD align=middle><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_gz9fdd2007121112517.gif"><BR><B>图3</B></FONT></TD></TR></TBODY></TABLE></DD>
<LI>尺寸标注
<DD>棱体成形车刀的尺寸可分为形状尺寸和位置尺寸。进行尺寸自动标注时，应注意尺寸的重复标注、漏标及相对位置尺寸的相互干涉等问题。成形车刀样板廓形与成形车刀廓形(包括附加切削刃)完全相同，尺寸标注基准应为刀具廓形的尺寸标注基准。本系统设计了相应的子函数，可对尺寸进行排序和自动标注，并可将已标注尺寸的工作图及样板图以图块(BLOCK)形式保存，以备调用。</DD></LI></OL><B>
<LI>图形的输出</B>
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<LI>图幅设置
<DD>系统可根据成形车刀的尺寸自动选择图幅(也可由用户自行选择图幅大小)，并调用INSERT命令按一定比例将已生成的工作图、样板图图块插入到合适的位置。</DD>
<LI>标题栏填充和技术要求标注
<DD>系统采用DCL(Dialog Control Language)语言开发了标题栏和技术要求输入对话框。在对话框中填入诸如设计者姓名、材料、比例等信息后，系统即可自动将其填入标题栏中的相应位置，如图4所示。</DD></LI></OL></LI></OL>
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<TD align=middle><FONT size=2><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_urlpu72007121112527.gif"><BR><B>图4</B></FONT></TD></TR></TBODY></TABLE>
<H1><FONT size=2>4 结语</FONT></H1>
<DD>棱体成形车刀计算机辅助设计系统采用VisualC++ 6. 0对AutoCAD R2000进行了二次开发。用户只需以人机交互方式输入必要的设计数据，即可设计出符合要求的棱体成形车刀，并输出符合国标要求的工程图。该系统的应用可显著提高设计精度和效率，缩短设计周期，降低设计成本，同时输出的数据可方便地转换成数控加工指令，因此具有良好的实用性和推广价值。 </DD>
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