Pro/ENGINEER在成型车刀设计制造中的应用
Pro/ENGINEER用于成形车刀的参数化设计，提高成形车刀的设计制造周期。1导言
成型车刀是加工回转体成型面的专用工具。因其加工精度稳定、生产率高、刀具寿命长、刃磨简单，广泛应用于普通车床、六角车床、自动和半自动车床及自动生产线。但由于成形车刀的前角和后角，刀具的廓形与工件不同，给成形车刀的设计和制造带来很大困难，导致设计周期长，制造成本高。成形车刀的传统设计方法有作图法和计算法。这些传统方法工作量大、计算复杂、轮廓误差大，制约了成形车刀的广泛使用。
CAD/CAM技术的广泛应用和一系列优秀CAD/CAM软件的推出，为成形车刀的设计和制造提供了新的途径。Pro/ENGINEER是一款应用广泛的优秀CAD/CAM软件，尤其是其参数化的设计方法给设计人员带来了极大的方便，它的应用可以大大简化成形车刀的设计和制造。
2成形车刀的实体模型设计
Pro/ENGINEER的应用可以屏蔽成形车刀传统设计方法中的许多繁琐步骤。这里以棱镜成型车刀为例说明其设计方法。图1是加工零件的轮廓。
图1机械加工零件的外形图
2.1绘制工具毛坯模型
使用“实体突出拉伸”命令建立实体特征，以前平面为绘图平面绘制成形车刀毛坯的纵剖面，其中前刀面与水平面的夹角等于刀具前角(此处刀具前角为15)，前刀面与垂直方向的夹角等于刀具前角(此处刀具前角为10)，如图2所示。其他尺寸可根据实际情况确定，工具毛坯拉伸长度等于工件长度。工具的三维模型如图2(b)所示。
(a) (b)图2成形车刀毛坯图
2.2创建刀具实体模型
首先，根据被加工零件的轮廓得到车刀的刃口曲线。如图3，画出工件在水平面上的剖面图。各尺寸与零件图尺寸相同，车刀毛坯上轴线与切削刃的距离等于工件的最小圆周半径。使用曲面旋转命令旋转命令获得加工零件的轮廓曲面。
通过建立实体特征命令“实体切削使用面组”，用工件轮廓曲面切削刀具毛坯，从而在前刀面上得到刀具刃口曲线。使用“基准曲线投影”命令，通过投影建立曲线特征，选择切削刃曲线作为投影曲线，选择刀具毛坯底面作为投影平面，选择“沿方向”选项，以刀具脊线作为投影路径，将切削刃曲线投影到刀具毛坯底面。结果如图4所示。
图3工件横截面图的绘制效果
图4切削刃形状的形成
用实体特征命令“实体切割拉伸”，选择刀具底部作为绘图平面，用命令Geom ToolsUse Edge选择投影曲线作为切割线，切掉刀具毛坯的多余部分，这样就可以得到棱形车刀的三维实体模型。
2.3工具修改
加工零件b-c时，刀具主偏角 R等于0，使得刀具后角=0，导致加工时刀具磨损严重，因此需要在此处修改刀具刃口形状。按照通常的方法，刃口曲线可以向内偏移一个角度，这样这里的主偏转角就稍微增大了。仍然使用实体特征创建命令实体切割拉伸，选择工具的底部作为绘图平面，绘制修改后的切割边缘曲线，并使用它来切割多余的部分。这种方法也可以用来制作成形车刀的燕尾接头部分，成形车刀的最终三维实体模型如图5所示。
5成型车刀三维实体模型3成型车刀横截面图三维实体模型设计完成后，利用Pro/ENGINEER的工程图制作功能，即可完成二维工程图。Pro/ENGINEER的工程图和零件图是相互关联的，三维零件图
修改之后，二维工程图会自动更改，这是使用Pro/ENGINEER设计的优点之一。二维工程图的制作方法可以参看有关书籍，这里不再详细介绍。在Pro/ENGINEER工程图标注时系统缺省的尺寸是根据其三维实体得到，为零件的准确尺寸，因此在尺寸标注时应该接受缺省的尺寸值。另外，还可以根据加工精度的需要调整尺寸精度。&n 确定了适当的图样和比例之后，选择需要的视图进行投影，除此之外还应该做出一个剖面视图，用以标注尺寸。由于此时切削刃上的f-g曲线为双曲线（见图4），与被加工零件轮廓曲线完全不同，按照通常的方法应该分段标注尺寸。在工程图中，使用Tools→Use Edge命令选取要标注的曲线，再使用Divide命令把曲线分割成若干段，然后标注出各点的尺寸即可。由于Divide命令是根据弧长分割曲线，这样使得在曲线曲率大的部分标注点密集而曲率小的部分标注点稀疏，有利于在传统加工方法中提高成形车刀的加工精度。绘制完成的成形车刀截形图如图6所示。
图6 成形车刀截形图p>
4 成形车刀廓形的加工
棱体成形车刀的廓形通常是通过计算或绘图得到如图6所示的截形图和数据值，然后制作刀具样板，根据样板进行切削加工，最后在光学曲线工具磨床上进行精加工的方法成形的。这种加工方法存在许多弊端，而且还受到工厂设备条件的限制。目前CAD/CAM技术的普及和数控线切割机床在工厂的广泛应用，给成形车刀的加工制造提供了更快捷的方法。使用Pro/ENGINEER完成成形车刀的三位实体造型后，可以直接生成用于数控线切割机床的数控程序，控制机床进行刀具廓形的加工，这样大大简化了刀具的制造。Pro/ENGINEER的CAM功能这里就不再赘述了。
5 结束语
使用Pro/ENGINEER可以简化成形车刀的设计，减小刀具的双曲线误差，提高成形车刀的制造精度，使成形刀具用于零件的精加工成为可能。CAD/CAM技术是制造业的发展方向，随之产生的许多软件都为零件的加工和制造带来了便利。对于以往难以设计和加工的零件，如今完全可以利用新方法和新技术进行设计制造，这样不仅可以简化设计方法、缩短设计周期，而且可以提高零件加工精度和企业的生产效率。
