基于Pro/Mechanica的数控立铣刀设计

李映学

摘 要：基于Pro/E的Mechanica的数控立铣刀优化设计，利用它先建立模型，然后进行参数化设计。最后可以直接

应用这个模型来进行分析。

关键词：刀具材料；设计参数；铣削力

中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）23-014-01

一、数控铣刀的特性与参数

1、刀具材料

（1）刀具材料的发展状况

现有高速切削刀具材料PCD、CBN、陶瓷刀具、金属陶瓷、涂层刀具和超细硬质合金刀具等仍将起主导作用，进一步发展新型高温力学性能和高抗热震性能的高可靠性的刀具材料。

（2）刀具材料的选择依据

切削工具的硬度必须是工件硬度的2～4倍，以碳钢和模具钢作为被加工材料，选用立铣刀材料。

2、高精度刀具的设计参数

以二齿平头立铣刀为例，介绍设计参数。立铣刀的几何参数不同，其变形量及刚度值也不相同， 在其它参数相同的情况下：随着铣刀直径的增大，其刚度值逐渐变大，随着螺旋角的增大，应力逐渐减少，而刚度逐渐增大。利用这种方法， 可以优选出使变形最小、刚度最大的刀具几何参数， 从而提高其切削性能。

二、高精度数控立铣刀建模及有限元分析过程

2.1 二齿平头立铣刀建模及有限元分析过程

2.1.1二齿平头立铣刀在Pro/E环境下的建模及参数化

1. 建模过程

采用混成法建立三维模型，步骤如下：

（1）运行Pro/E2.0软件，选取零件模块，进入用户界面。

（2）设定工作目录。（3）建模，步骤如下：

A.用旋转命令生成刀体。如图所示。

B.选择插入-混合-切口，来绘制沟槽。

a.在菜单管理器中选择“一般，草绘截面，完成”然

后选择“光滑，完成”再选草绘平面“TOP面，正向，

缺省”进入草绘界面。b.选择“草绘-数据来自文件”，选择草绘截面1--打开，将草绘截面放置位置如图2.2所示。然后点击 ，系统提示是否继续下一截面，回答Yes。再次打开草绘截面1，点击 ，输入第二个截面的旋转角度为-3度，以下相同。共创建40个截面。c、同样方法剪切草绘截面2。

2、模型的参数化

（1）设置参数：

单击“工具-参数”，填写此表，单击确定，完成参数的设置。以后表示的字母与表示设计参数的字母一一对应的关系，

（2）设置关系：选择“工具-关系” 输入刀体切换尺寸

2.1.2数据计算

1.单位铣削力的概念

所谓单位铣削力就是指铣去单位面积所用的切向铣削力，用P表示。 （N/㎜2） 单位铣削力可以用实验方法取得。实验指出，单位铣削力主要取决于加工材料性质和强度以及切削厚度。

2. 铣削力的计算

铣削力的大小与铣削深度t、每齿进给量 、铣削宽度B、铣刀齿数Z和铣刀直径D等铣削要素有着复杂的函数关系，要精确计算比较困难。在生产中，为了快速、方便的进行计算，可将切向铣削力P切，可按下式近似地计算：

当切向铣削力确定后，再根据铣削时各铣削分力的比值来估算其他铣力。见比值对应见表。

根据上表，得出顺铣时切向力与其各分力的关系式：

作用在铣刀上的铣削分力。铣刀所承受的总铣削抗力P可以沿切向、径向和轴向分解成三个互相垂直的分力。

由此可求得作用在铣刀上的径向和轴向分力，和P切一样作为MECHANICAL上铣刀模型的加载数据。为了得到作用于立铣刀上的3个方向的力，可按公式： = 算得，之后由s齿查下表，得出对应的单位铣削力后，计算出该铣刀的铣削力

单击确定。endprint