本文探討研究了車刀的CAD技術設計和成形相關內容。

　　成形車刀具有加工質量穩定、生產率高、刀具壽命長的特點，但其設計和制造比較復雜。通過導入CAD/CAM技術，可有效縮短成形車刀的設計與制造過程，本文介紹了一種基於SolidWorks系統進行二次開發的成形車刀三維設計新方法。

　　成形車刀的刃形復雜，常常需要進行繁瑣的修正計算。制造成形車刀時有一種方法叫反形法加工—即做成和工件形狀一樣的刀具(稱為二類成形車刀，就是制造成形車刀的成形車刀)，按實際加工零件時的相對位置去切削成形車刀，這樣就無須進行修正計算。然而苦于在應用上的種種限制，這一方法在實際生產中很少被采用。

　　現在，通過利用一種基于SolidWorks系統的成形車刀設計新方法，使上述反形法加工成為可能。它利用其特征造型、模擬裝配、直接生成關聯工程圖等多項功能實現成形車刀的參數化設計，對于不同的工件只需更改其二維廓形以及相應的刀具參數便能直接得到相應的刀具圖樣。

　　下面以圖1所示的工件廓形和尺寸為例(取刀具的前角γf =10°、后角αf =12°)，說明基于SolidWorks特征造型的成形車刀參數化設計的實現過程。

　　生成零件實體

　　在SolidWorks中新建零件，選擇水平基準面為草圖平面繪制軸線和半輪廓(圖1a)，旋轉后得到零件的實體，如圖1 b所示。

圖1 工件草圖和實體

　　以端面P為草圖平面，按前刀面和工件的相對位置(工件r1=10mm和水平面夾角處γf =10°)畫直線(見圖2a)，以此直線切除上半部分零件得圖2b。

圖2 前刀面位置草圖和切除后的工件

　　在裝配體中進行刀具實體的設計

　　在SolidWorks中新建裝配體，將已經完成的零件插入裝配體。在裝配體中插入新零件命名為“刀具”，選擇工件截切面為草圖平面，用實體引用命令得到此平面上的截形(如圖3a)。去掉部分無關的線條，保留切削刃部分線條并延長附加切削刃，然后在外側畫線形成封閉的圖形，此圖形即為刀具前刀面的截形，完成后如圖3b所示(圖中燕尾榫未畫出，后用切除法予以實現)。

圖3 刀具前刀面的生成

　　再以端面P為草圖平面，在此草圖中畫直線定出刀具后刀面的位置。以前刀面截形為截面、后刀面位置的直線為路徑，用掃描命令生成刀具實體。

　　將刀具的底邊按和后刀面垂直的要求切齊，再用切除命令生成燕尾榫，刀具實體的設計即告完成。圖4a是刀具的軸側圖，圖4b為其渲染圖。

圖4 刀具的軸側圖和渲染圖

　　生成刀具工程圖樣

　　在Solid Works中新建工程圖，將刀具零件拖進工程圖即可。當需要刀具的截形參數時，在SolidWorks中確定適當的剖面位置即可直接得到所需剖面圖。

　　獲取刀具法面截形參數

　　在CAM環境下，可以直接獲取刀具法面截形參數，然后利用這些參數編程，在線切割機床上切割出刀具的后刀面。在SolidWorks中獲取參數的方法是：將工程圖另存成dxf或dwg格式，再在AutoCAD中打開dxf或dwg文件，定義適當的坐標系，用List查詢命令即可獲得法面截形中每一線段的參數。

　　如圖5中23段和567段線段，在零件圖上23段是錐面的直線、567段是圓弧。傳統的成形車刀設計方法在刀具上是將之分別簡化成直線和圓弧，由此會帶來雙曲線誤差。這里用List查詢命令得知23段不是直線、567段也不是圓弧，而是樣條曲線。樣條曲線是一種在若干個控制點坐標間進行擬合的曲線。

圖5 刀具法面截形參數

　　表1列出了23段和567段樣條曲線控制點坐標查詢結果。讀者如果按照同樣方法操作時需注意，因為坐標系和圖形位置的不同會得到不同的坐標值，但只要工件和刀具參數一致，其相對坐標值便會是同樣的。

表1 23段、567段樣條曲線控制點的坐標值

　　SolidWorks是基于特征的參數化實體造型軟件，可以通過尺寸的改變來對實體進行編輯。因此，只要將以上生成的工件和刀具的裝配體文件作為一個樣板文件，利用裝配圖中進行零件設計的功能，在零件的草圖平面重新定義零件的廓形生成新的零件實體，再根據新的要求重新定義γf和αf等的刀具參數，即可直接得到新的刀具實體。

　　由于SolidWorks的工程圖樣同實體相關聯，在工程圖樣上的廓形和尺寸會做相應改變。要想獲得截形線段的坐標參數，只需重新將刀具工程圖Save as成dxf或dwg檔，然后在AutoCAD中用List命令進行查詢即可。