基于Pro/Mechanica的數控立銑刀設計

李映學

摘 要：基于Pro/E的Mechanica的數控立銑刀優化設計，利用它先建立模型，然后進行參數化設計。最后可以直接

應用這個模型來進行分析。

關鍵詞：刀具材料；設計參數；銑削力

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）23-014-01

一、數控銑刀的特性與參數

1、刀具材料

（1）刀具材料的發展狀況

現有高速切削刀具材料PCD、CBN、陶瓷刀具、金屬陶瓷、涂層刀具和超細硬質合金刀具等仍將起主導作用，進一步發展新型高溫力學性能和高抗熱震性能的高可靠性的刀具材料。

（2）刀具材料的選擇依據

切削工具的硬度必須是工件硬度的2～4倍，以碳鋼和模具鋼作為被加工材料，選用立銑刀材料。

2、高精度刀具的設計參數

以二齒平頭立銑刀為例，介紹設計參數。立銑刀的幾何參數不同，其變形量及剛度值也不相同， 在其它參數相同的情況下：隨著銑刀直徑的增大，其剛度值逐漸變大，隨著螺旋角的增大，應力逐漸減少，而剛度逐漸增大。利用這種方法， 可以優選出使變形最小、剛度最大的刀具幾何參數， 從而提高其切削性能。

二、高精度數控立銑刀建模及有限元分析過程

2.1 二齒平頭立銑刀建模及有限元分析過程

2.1.1二齒平頭立銑刀在Pro/E環境下的建模及參數化

1. 建模過程

采用混成法建立三維模型，步驟如下：

（1）運行Pro/E2.0軟件，選取零件模塊，進入用戶界面。

（2）設定工作目錄。（3）建模，步驟如下：

A.用旋轉命令生成刀體。如圖所示。

B.選擇插入-混合-切口，來繪制溝槽。

a.在菜單管理器中選擇“一般，草繪截面，完成”然

后選擇“光滑，完成”再選草繪平面“TOP面，正向，

缺省”進入草繪界面。b.選擇“草繪-數據來自文件”，選擇草繪截面1--打開，將草繪截面放置位置如圖2.2所示。然后點擊 ，系統提示是否繼續下一截面，回答Yes。再次打開草繪截面1，點擊 ，輸入第二個截面的旋轉角度為-3度，以下相同。共創建40個截面。c、同樣方法剪切草繪截面2。

2、模型的參數化

（1）設置參數：

單擊“工具-參數”，填寫此表，單擊確定，完成參數的設置。以后表示的字母與表示設計參數的字母一一對應的關系，

（2）設置關系：選擇“工具-關系” 輸入刀體切換尺寸

2.1.2數據計算

1.單位銑削力的概念

所謂單位銑削力就是指銑去單位面積所用的切向銑削力，用P表示。 （N/㎜2） 單位銑削力可以用實驗方法取得。實驗指出，單位銑削力主要取決于加工材料性質和強度以及切削厚度。

2. 銑削力的計算

銑削力的大小與銑削深度t、每齒進給量 、銑削寬度B、銑刀齒數Z和銑刀直徑D等銑削要素有著復雜的函數關系，要精確計算比較困難。在生產中，為了快速、方便的進行計算，可將切向銑削力P切，可按下式近似地計算：

當切向銑削力確定后，再根據銑削時各銑削分力的比值來估算其他銑力。見比值對應見表。

根據上表，得出順銑時切向力與其各分力的關系式：

作用在銑刀上的銑削分力。銑刀所承受的總銑削抗力P可以沿切向、徑向和軸向分解成三個互相垂直的分力。

由此可求得作用在銑刀上的徑向和軸向分力，和P切一樣作為MECHANICAL上銑刀模型的加載數據。為了得到作用于立銑刀上的3個方向的力，可按公式： = 算得，之后由s齒查下表，得出對應的單位銑削力后，計算出該銑刀的銑削力

單擊確定。endprint