引言
絲錐是一種常用的切削刀具。許多中小尺寸螺紋孔的粗精加工都離不開它。實(shí)際生產(chǎn)中，絲錐的耐用度比較低，為了使用有限元方法探索提高其耐用度的途徑，必須建立精確的絲錐模型。但因其切削角度較多，螺旋線生成復(fù)雜，Autocad等普通軟件無法實(shí)現(xiàn)，絲錐規(guī)格較多時(shí)，每一種規(guī)格都要重新繪制，效率低下。SolidWorks實(shí)體設(shè)計(jì)軟件具有獨(dú)特的實(shí)體掃描、放樣功能，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜零件的智能化設(shè)計(jì)。利用其"尺寸驅(qū)動(dòng)"的強(qiáng)大特點(diǎn)，只需在某一型號基礎(chǔ)上，通過相關(guān)參數(shù)的更改就可以快速形成新的零件，實(shí)體設(shè)計(jì)效率大為提高。
1 SolidWorks軟件特點(diǎn)
該軟件是美國SolidWorks公司的產(chǎn)品，相對于二維CAD軟件來說，有許多優(yōu)點(diǎn)。其中之一就是它能真正體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，擺脫了二維CAD軟件純粹繪圖的作用，是目前機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展方向[1]。在SolidWorks中，無論是草圖、特征或者裝配中的尺寸，都是"驅(qū)動(dòng)"的作用，是所標(biāo)注對象的幾何數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，而不是對所標(biāo)注對象的"注釋"。而且驅(qū)動(dòng)尺寸始終與標(biāo)注對象關(guān)聯(lián)[2]。
SolidWorks有很強(qiáng)的三維造型功能。它利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣和加厚度等特征造型技術(shù)生成形體[3]；通過系列零件設(shè)計(jì)表，可實(shí)現(xiàn)系列零件設(shè)計(jì)；通過三維和二維設(shè)計(jì)之間的"全相關(guān)"設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可自動(dòng)生成已有零件和部件的工程視圖。使得設(shè)計(jì)人員可以更加專注于"構(gòu)思和設(shè)計(jì)"。
2 M24絲錐實(shí)體造型過程
2.1 M24絲錐結(jié)構(gòu)分析及實(shí)體造型構(gòu)思
由于絲錐切削部分主要由螺旋切削刃構(gòu)成。為了排屑方便，同時(shí)形成適宜的切削角度--前角，通過在軸向均勻分布的圓弧槽構(gòu)成容屑槽，同時(shí)產(chǎn)生前角。因此該刀具的切削刃是斷續(xù)的螺旋線。切削刃后部是圓柱形柄部。為了加工時(shí)機(jī)床或者手動(dòng)夾持方便，通常具有方頭尾部。
從上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可見：切削部分的造型是整個(gè)造型的難點(diǎn)，必須充分考慮螺旋線和容屑槽的生成過程及順序。為了降低造型難度，先通過掃描的方式生成螺旋槽，然后在端面上構(gòu)建容屑槽斷面草圖，并進(jìn)行帶引導(dǎo)線的放樣、圓周陣列，*生成比較簡單的柄部及尾部。
2.2 M24絲錐造型過程
首先通過拉伸的方式建立切削部位初始圓柱面。在圓柱面上創(chuàng)建螺旋線草圖以及螺紋槽剖面草圖，如圖1所示。掃描輪廓垂直于掃描路徑并且位于掃描路徑的起點(diǎn)。據(jù)此參數(shù)完成切削部螺旋槽，如圖2。
圖1 掃描路徑及輪廓
圖2 螺旋槽形成圖
在已經(jīng)生成的切削部分的端面上根據(jù)容屑槽尺寸建立圖3所示草圖，并且經(jīng)"拉伸切除"操作后，得到一條容屑槽。
圖3 絲錐容屑槽的生成
選擇圓柱面的軸心建立基準(zhǔn)軸1，對容屑槽進(jìn)行圓周陣列，得到圖4所示切削部位模型。
圖4 絲錐切削部分
切削部位完成后，通過進(jìn)一步的"拉伸"操作建立柄部以及尾部特征，中間穿插完成容屑槽在柄部的自然過渡，該過程采用"放樣"特征實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。
圖5 放樣生成柄部容屑槽
最終完成的絲錐模型如圖6所示。
圖6 完整絲錐模型
3 公稱直徑變化后絲錐模型的創(chuàng)建方法
上述創(chuàng)建過程是完全按照M24絲錐的各部尺寸創(chuàng)建的，如果有限元分析過程中，需要其他尺寸的絲錐模型，僅需要退回到建模的起點(diǎn)位置設(shè)置相關(guān)的參數(shù)，更改相關(guān)草圖尺寸以及拉伸、切除、掃描、放樣等特征參數(shù)值，即可比較容易的滿足設(shè)計(jì)要求。如果為了創(chuàng)建刀具庫等標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模的操作，則可以使用SolidWorks為用戶開放的二次開發(fā)接口VBA以及參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，編制一個(gè)簡單的程序，在需要某種規(guī)格時(shí)輸入相應(yīng)的參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
4 結(jié)語
利用SolidWorks軟件進(jìn)行絲錐實(shí)體設(shè)計(jì)，方便快捷。對于外形相似、規(guī)格不同的絲錐，可謂"一勞永逸"，對于所有復(fù)雜刀具設(shè)計(jì)、制造行業(yè)來說，提供了一種便捷的解決方案；對于實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/CAE等一體化工程，也提供了可靠的、一致性較強(qiáng)的模型。
