SolidWorks在車刀幾何角度測量中的應用

王新海+張永軍+馬瑾

摘 要：針對車刀幾何角度測量的重要性和存在的困難，結合目前高職學生的學習現狀，利用SolidWorks具有功能強、易學習和便于掌握的優點，將SolidWorks軟件引入到車刀幾何角度測量教學中來，對傳統的教學進行改革，使直觀的測量轉換為多方位、多視角的角度測量，實現虛擬造型與實驗操作的有機結合，活躍了課堂氣氛，降低了教學和學習難度。

關鍵詞：量角儀 SolidWorks 刀具角度

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0089-02

車刀幾何角度是確定車刀切削部分幾何形狀的重要參數，是金屬切削原理與刀具課程的重要知識點。通過車刀量角儀對刀具幾何角度的測量，可以使學生熟悉車刀切削部分的組成，進一步掌握靜止正交平面參考系、車刀6個基本角度的定義[1]。目前，職業院校學生的理論基礎相對較差，刀具幾何角度理論性較強，也有大量實踐性較強的內容，教學難度大，而且實習實訓當中的工位不能滿足每位學生各自操作一臺車刀測角儀的要求[2]。

SolidWorks軟件具有三維零件建模、裝配及三維造型關聯的工程圖紙和高級智能渲染等優點，是一款非常適合理論與實踐相結合的教學輔助軟件。由于SolidWorks軟件具有功能強大，易于學習，便于掌握等特點，因此迅速得以普及[3]。將三維SolidWorks軟件應用到車刀幾何角度測量中，形成圖、文、動畫等相結合的教學方式，使傳統單一直觀的測量轉換為多方位、多視角的角度測量，課堂教學直觀易懂，易于接受和理解[4]。

1 高職學生學習現狀

高等職業教育是高等教育的重要組成部分，隨著近年來國家對職業教育的重視，越來越多的高考適齡人口開始選擇進入高等職業院校學習。然而，目前高等職業院校的學生整體綜合素質較前幾年有所下滑，生源主要由兩部分：一部分是參加高考而總分未過本科線的高考生，另一部分是參加各省自主招生的學生。這部分學生文化基礎課普遍較差，學生的求知欲和上進心不足，經常在課堂上會出現“出工不出力”的現象。針對此種現象，以SolidWorks軟件為支持，應用該軟件的強大功能，以此來有效地解決刀具幾何角度測量過程中所存在的教與學的矛盾。

2 車刀三維模型的建立

為了保證切削加工的順利進行，獲得合格的加工表面，所用刀具的切削部分必須具有合理的幾何形狀。刀具角度是描述刀具幾何角度的大小及其空間的相對位置，可以利用正投影原理，采用多面投影的方法來表示。車刀幾何角度可分為車刀標注角度和車刀工作角度，車刀標注角度是刀具設計時標注、刃磨和測量的基準，其主要包含主偏角、刃傾角、前角、后角、副偏角和副后角等6個基本角度。

在CAD/CAM實訓室中，利用SolidWorks軟件中的拉伸、切除、編輯顏色、插入參考平面等命令建立“三面兩刃一尖”的車刀模型，利用SolidWorks軟件中的插入點、面等命令，通過添加約束命令，在車刀模型上建立正交平面參考系。學生可隨著教師的演示一步步建立出帶有正交平面參考系的車刀模型，如果教師考慮到學生利用軟件的知識水平限制，也可以提前建立完整的模型，學生只需雙擊打開模型即可。為了更好地實現刀具模型的全方位、多視角展示，學生可將鼠標放到模型上，長按鼠標中鍵且移動鼠標，刀具模型會隨著鼠標的移動而處于不同位置，更好地體現出各刀面在刀具上位置關系。

3 量角儀三維模型的建立

車刀量角儀可以實現車刀幾何角度的測量實驗和鞏固對車刀角度標注知識點的理解。車刀的幾何角度涉及到前刀面、后刀面和副后刀面，主切削刃和副切削刃，角度的測量是借助正交平面參考系中的基面、正交平面、切削平面、副正交平面和副切削平面等參考平面實現的。車刀量角儀的種類比較多，但其基本原理相同，其結構主要由以下部分組成，分別是底座、基線板、平臺、定位板、大指針、小指針、大扇形刻度盤、小扇形刻度盤、立柱、升降螺母和松緊螺母。

利用SolidWorks軟件對車刀量角儀各個部分進行三維建模，然后進行模擬裝配。裝配的三維測角儀必須能夠實現以下功能：平臺可繞底座中心進行旋轉，定位板可在平臺上橫向滑動，立柱固定在圓形底座上，旋轉升降螺母可實現大指針、小指針、大扇形盤、小扇形盤沿立柱進行上下移動，大指針可繞其軸旋轉，小指針也可繞其軸旋轉。同理，學生可以配合著教師一步步建立，也可以由教師建立完整后雙擊打開量角儀的三維模型。學生可通過SolidWorks軟件的相關功能實現對三維量角儀的全方位觀察。

4 車刀幾何角度的測量

SolidWorks軟件下的車刀幾何角度的測量，通過刀具量角儀測量車刀幾何角度時必須滿足兩個條件：一是保持車刀刀桿的安裝底面與平臺的上表面相貼合，二是刀桿的側面與定位板相貼合。

在車刀和刀具量角儀完成建模的基礎上，首先需要新建裝配體，利用新建對話框建立裝配體，然后從零件/裝配體制作裝配體；在裝配體中插入刀具量角儀，裝配體的第一個零部件默認是固定狀態，即不能被移動；向裝配體中添加車刀模型，可以直接拖動創建組合體，也可以點擊瀏覽插入零件和新建零件；添加配合條件，使主切削刃與大指針的測量板相貼合，主偏角的讀數即為基線板在底座的讀數。

學生可將鼠標放到裝配體上，長按鼠標中鍵且移動鼠標，裝配體會隨著鼠標的移動而處于不同位置，更好地體現出車刀、量角儀和正交平面參考系三者的位置關系，提高學生對主偏角的理解。同理，通過再次建立裝配體，根據相應角度的測量定義添加配合條件，可以完成刃傾角、前角、后角、副偏角和副后角等其余刀具幾何角度的測量和認知。

5 結語

針對高等職業院校學生的生源組成，結合目前學生在學習過程中存在學習動力不足等的現象，以高職學生在刀具幾何角度測量中應用SolidWorks為例，教師通過SolidWorks軟件對車刀和量角儀依次進行設計、零件裝配和角度測量，實現了學生對角度測量的分層遞進理解，豐富了學習方式，激發了學生學習的興趣，提高了學生的學習積極性。

參考文獻

[1] 黃雨田.金屬切削原理與刀具實訓教程[M].西安：西安電子科技大學出版社，2006.

[2] 王新海，張永軍，馬瑾.高職機械制造專業英語特點與教學改革[J].產業與科技論壇，2015（14）：167-168.

[3] 葉修梓，陳超祥.SolidWorks高級教程二次開發與API[M].北京：機械工業出版社，2009：126-127.

[4] 王福娟，李耀輝.SolidWorks在《機械制圖》教學中的應用[J].中國農機化學報，2013（34）：228-230.endprint