■陜西關(guān)中工具制造有限公司 （鳳翔 721400） 王建衛(wèi) 孫承志 王 歆 王彥超 徐有倉

基于UG螺旋槽絲錐溝槽銑刀設(shè)計(jì)

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摘要：本文介紹了運(yùn)用UG技術(shù)進(jìn)行加工絲錐螺旋槽成形銑刀廓形的設(shè)計(jì)原理和步驟，準(zhǔn)確地做出銑刀回轉(zhuǎn)面與絲錐螺旋槽的接觸線——空間曲線。利用這種方法，通過已知的螺旋槽絲錐端面槽形，創(chuàng)建絲錐溝槽3D 模型，依據(jù)包絡(luò)法加工原理設(shè)計(jì)出成形銑刀。

絲錐螺旋槽成形銑刀傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是作圖法和解析法。作圖法比較直觀，但絲錐螺旋角較大時，在二維平面上尋求三維共軛點(diǎn)是相當(dāng)困難的，費(fèi)時且誤差大。解析法雖然精確但求解接觸點(diǎn)運(yùn)算復(fù)雜。應(yīng)用UG NX7.5中的建模方法，能夠準(zhǔn)確做出成形銑刀回轉(zhuǎn)面與絲錐螺旋槽的接觸線，完成銑刀建模。

1. 設(shè)計(jì)原理

銑削加工絲錐螺旋槽時，溝槽螺旋面在切削點(diǎn)上與成形銑刀軸向廓形繞銑刀軸線的回轉(zhuǎn)曲面相切，其切點(diǎn)為接觸點(diǎn)。成形銑刀徑向剖面與自身回轉(zhuǎn)表面交線是一個圓，與螺旋槽表面的交線為平面曲線，圓與曲線相切，切點(diǎn)為接觸點(diǎn)，切點(diǎn)連線即為接觸線。將此接觸線繞銑刀軸線回轉(zhuǎn)，就可以得到刀具的回轉(zhuǎn)實(shí)體。

2. 設(shè)計(jì)方法

絲錐螺旋槽加工是以端面截形為基礎(chǔ)的，是決定溝槽形狀的主要尺寸和角度，如心圓直徑、刃瓣寬度和前角由它的端面輪廓線所決定。其尺寸是標(biāo)注在徑向截面內(nèi)的，也便于對加工后的螺旋槽進(jìn)行參數(shù)檢驗(yàn)。下面就以M36螺旋槽絲錐溝槽為例介紹一下成形銑刀的設(shè)計(jì)方法。

（1）創(chuàng)建絲錐溝槽螺旋曲面。①進(jìn)入U(xiǎn)G建模模塊，繪制草圖回轉(zhuǎn)生成f36mm、長度150mm的圓柱體。②以圓柱體端面為草圖平面繪制絲錐端面截形圖如圖1所示。容屑槽的結(jié)構(gòu)采用前刀面直線段與兩段圓弧組成，并依次相切。為設(shè)計(jì)和制造銑刀方便，取兩圓弧圓心與絲錐外圓圓心共線，刃背角取90°，既有利于絲錐退出時切除“切削根”，又不至于刮傷已加工表面。槽形輪廓線參數(shù)參照螺旋槽絲錐國家標(biāo)準(zhǔn)GB 3506-1983取絲錐前角6°、刃瓣寬8.5mm、心圓直徑17.28mm 。完全約束草圖后，應(yīng)用UG分析功能測得大圓弧半徑14.43mm、小圓弧半徑6.575 1mm；測得直線段部分長3.428 34mm滿足M36螺旋槽絲錐粗、細(xì)牙全齒高上為正前角的要求。③將用戶坐標(biāo)WCS旋轉(zhuǎn)，使XC與溝形輪廓兩圓弧圓心連線重合。插入螺旋線，導(dǎo)程為3.14×36/tan30°，長度為150mm。以上一步畫的溝形輪廓線為截面線，以螺旋線為引導(dǎo)線，用掃掠命令生成片體。延伸片體4邊各2mm，用修剪體命令生成絲錐溝槽螺旋曲面如圖2所示。

圖1

圖2

（2）絲錐螺旋槽成形銑刀廓形的建立。第一步：確定銑刀的放置位置。為保證銑刀與螺旋槽的接觸線全部在工件內(nèi)及銑刀廓形兩側(cè)刃在鏟齒時法向后角基本相等，將銑刀放置在螺旋線的正上方并靠近中部的位置上。做法

如下：①創(chuàng)建平行于絲錐端面距離為75mm的基準(zhǔn)平面1，找出平面1與絲錐軸線的交點(diǎn)1及與螺旋線的交點(diǎn)2。以1、2兩點(diǎn)創(chuàng)建基準(zhǔn)軸3。②創(chuàng)建通過基準(zhǔn)軸3與絲錐軸線的基準(zhǔn)平面2，再創(chuàng)建基準(zhǔn)平面3過絲錐軸線且垂直于平面2。

第二步：創(chuàng)建成形銑刀最大外圓處的接觸點(diǎn)。由絲錐端面截形圖可以看出，成形銑的最大外圓應(yīng)位于通過基準(zhǔn)軸3，且與基準(zhǔn)平面2成30°的平面3內(nèi)。對于同一個絲錐螺旋溝表面，成形銑刀軸線位置不同時，切削刃廓形也不相同。參照《螺紋工具生產(chǎn)圖冊》中直槽絲錐槽銑刀參數(shù)，取螺旋槽溝刀為f85mm。

①創(chuàng)建銑刀最大外圓平面3與螺旋面的交線，以平面3為草圖平面，繪制f85mm的圓，約束其圓心位于基準(zhǔn)軸3上且與上一步所得交線相切，切點(diǎn)為接觸點(diǎn)。②據(jù)平面3及過f85mm的圓心做出銑刀中心軸線，測得其與絲錐軸線的距離為51.14mm，此為銑刀加工時高度方向的安裝尺寸（見圖3）。

第三步：確定銑刀端截面處的接觸點(diǎn)。銑刀端截面位于螺旋槽與絲錐外圓的交點(diǎn)處，從絲錐端截形中用UG分析測量命令可知，螺旋槽最外點(diǎn)與絲錐軸心的距離分別為11.319 5mm 和7.312 0mm。

用基準(zhǔn)平面命令，將平面2平移11.319 5mm得平面4，求出其與平面1的交線，過此交線做平行于平面3的平面5，即為成形銑刀一端截面處的平面。銑刀端截面上的接觸點(diǎn)既是端截面上的點(diǎn)又是絲錐外圓表面上的點(diǎn)和螺旋槽上的點(diǎn)，用UG插入曲線→來自體的曲線→求交，求出截面與絲錐外圓的交線，再用插入點(diǎn)→求交命令求出交線與螺旋槽的交點(diǎn)，即為接觸點(diǎn)。用相同方法，即可求出銑刀另一端截面處的接觸點(diǎn)。

圖3

第四步：創(chuàng)建銑刀其他接觸點(diǎn)。點(diǎn)擊插入基準(zhǔn)平面命令，類型選擇某一距離，偏置距離2mm，數(shù)量8。同上述第二步方法，先求出一個平面與絲錐螺旋槽的交線，再以此平面為草繪平面畫圓，約束圓心在第二步中第②步創(chuàng)建的銑刀軸線上，且約束圓與前面求得的交線相切。切點(diǎn)即為接觸點(diǎn)。依次求出每個基準(zhǔn)平面上的接觸點(diǎn)（見圖4）。

（3）創(chuàng)建成形銑刀實(shí)體。調(diào)用UG插入樣條曲線命令，通過各接觸點(diǎn)生成一條光滑的空間曲線，以它做為成形銑刀的生成母線，繞銑刀軸線旋轉(zhuǎn)360°，便得到一個理想的成形銑刀實(shí)體（見圖5）。

圖4

圖5

3. 結(jié)語

用這種方法設(shè)計(jì)絲錐螺旋槽成形銑刀十分精確，在求取接觸點(diǎn)過程中，如果能減小平面偏置距離、增加平面數(shù)量，結(jié)果會更好。在建模過程中還可以直觀地發(fā)現(xiàn)加工過程中是否存在過切等問題。建模時如果接觸線繞軸線回轉(zhuǎn)不能生成銑刀實(shí)體時，可適當(dāng)調(diào)整銑刀直徑大小或銑刀與絲錐軸錯角大小。完成銑刀實(shí)體后進(jìn)入U(xiǎn)G工程圖模塊，可以得到廓形二維平面圖。

收稿日期：（20141023）

“智能制造”約稿函

尊敬的作者：

您好！隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能化是制造自動化的發(fā)展方向，智能制造已經(jīng)成為大趨勢，我刊改全彩印刷以來，特別設(shè)置“智能制造”欄目，約稿如下：

（1）智能制造的前沿技術(shù)發(fā)展。

（2）人工智能技術(shù)，先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)，人機(jī)一體化，智能測控。

（3）敏捷、柔性制造，精密制造等

希望廣大作者和讀者積極投稿！

本刊編輯部