SolidWorks在立铣刀三维建模及工程图中的应用

1 引言

    立铣刀是一种在数控加工中应用广泛的多刃刀具，可加工平面、台阶面、沟槽等。立铣刀的铣削速度较高且无宅程，因此是一种高效率的切削加工用刀具。在切削不锈钢等难加工材料时，为了利用有限元方法分析立铣刀刃部的应力应变情况，需要建立精确的三维模型。

    立铣刀的切削角度较多、刃部造型复杂，而且立铣刀的规格多样，采用对立铣刀进行实体建模，不需要对每种规格的立铣刀都重新进行绘制。当一种规格的立铣刀三维模型及二维工程图完成后，只需在装配图中替换不同的零部件，便会自动生成相应的工程图。因此可大大简化繁杂的制图过程，提高设计效率。

2 的功能简介

    是美国公司开发的专业化三维设计软件，它具有零件建模、钣金设计、模具设计、装配设计、工程图、运动仿真和有限元分析等多种功能，并集成和兼容了所有Windows系统的卓越性能。

    的三维造型功能很强大，可利用拉伸、旋转、扫描、放样、加厚度等特征造型技术生成零件形体。该软件还能够直接读取DWG格式的文件，在人工干预下，将AutoCAD的图形转化成三维实体模型。

    是面向产品级的机械设计工具，全面采用非全约束的特征建模技术，为设计人员提供了极强的设计灵活性。其设计过程的全相关性，使设计人员可以在设计过程的任何阶段进行修改，同时牵动相关部分的改变。因此，在此次建模中采用作为设计平台。

3 三刃立铣刀的三维建模

    3.1 立铣刀的结构分析

    立铣刀的几何结构非常复杂，如图1所示。整体结构的立铣刀可分为：刃部、颈部和柄部三部分：刃部是整个刀具最重要的部分，它的材料、形状、齿数决定了它的加工性能。立铣刀圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布的是副切削刃；柄部是刀具的夹持部分，用于与机床连接，并在铣削时传递转矩，其形状决定了刃部直径的大小；颈部是连接刃部和柄部的部分。

    图1 三刃立铣刀的实物图

    刃部是立铣刀最复杂的一个部分，因此，立铣刀三维建模的关键是对刃部进行建模。刃部的主要结构是一个螺旋实体，而螺旋体可以通过以下方法得到：先在已生成的圆柱体上以螺旋槽的垂截面为轮廓、以螺旋线与一段相切直线的组合曲线为路径进行扫描切除，形成螺旋实体。

    立铣刀的柄部一般分为直柄和锥柄两大类。直柄立铣刀的定位与安装比较方便。对于小直径的立铣刀，直柄式应用广泛，因此，本文以直柄三刃立铣刀来做说明。无定位槽直柄和斜定位槽直柄都是常见的小直径立铣刀的刀柄形式，为叙述方便，将两种刀柄分别设定代号为HA和HE。