基于SolidWorks仿真設(shè)計的鏜床單桿多刃刀具

□ 謝溪凌 □ 王 然 □ 汪俊亮 □ 鄭衛(wèi)剛

1.武漢理工大學(xué) 物流工程學(xué)院 武漢 430063

2.武漢理工大學(xué) 工程訓(xùn)練中心 武漢 430063

在現(xiàn)代刀具的制造和使用領(lǐng)域，“效率優(yōu)先”已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的“性能價格比”老概念。近年來生產(chǎn)資料價格的不斷升高，迫使制造企業(yè)需要通過減少加工成本來保證經(jīng)濟收益。

普通鏜床是用刀桿裝夾刀體進行切削加工的,刀體常用材料為高速工具鋼和硬質(zhì)合金。高速鋼是綜合性能較好、應(yīng)用范圍最廣泛的一種刀具材料，俗稱白鋼、鋒鋼、風(fēng)鋼等，它具有較好的強度、沖擊韌度、工藝性能，可以制造刃形復(fù)雜的刀具，如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀和齒輪刀具等，可以加工碳鋼、合金鋼、有色金屬和鑄鐵等多種材料。硬質(zhì)合金的特點是硬度高、耐磨性好，且在800～1 000℃的高溫下仍能保持良好的熱硬性。鏜床的刀具常用該兩種材料作為刀體，一般都是單桿單刃，有些也有單桿雙刃，使用加工效率低，為此，筆者將其改成單桿三刃、單桿四刃刀具，極大地提高了加工效率。

1 普通鏜床刀桿組件的缺點

在普通鏜床上裝夾刀具的方法是：把刀體放在刀桿的方槽中，用螺栓鎖緊刀體，通過松緊螺栓、移動刀體來控制加工余量，并實現(xiàn)工件的粗加工、半精加工及精加工。但每次換刀要松緊螺栓及移動刀體，非常麻煩和費時，特別是批量加工，效率更低。當(dāng)然，在大批量加工時，可用拉床拉刀加工孔及方槽等，一般是專業(yè)生產(chǎn)廠家才采用［1］。

2 單桿三刃及單桿四刃刀桿組件的設(shè)計

單桿三刃及單桿四刃鏜床刀桿組件的設(shè)計很簡單，單桿三（四）刃刀桿組件是在原鏜床刀桿方槽上方10～20 mm平行處再開一方槽，并且每個方槽旋轉(zhuǎn)120°（90°），方槽大小和原方槽大小相同。在開方槽之前，先在相應(yīng)位置鉆孔，然后用方銼銼出方槽，并在相應(yīng)位置再鉆孔、攻絲，安裝鎖緊螺栓，鎖緊刀體，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鏜床單桿三刃以及單桿四刃刀桿組件

3 刀桿組件的仿真

筆者在SolidWorks中對刀桿組件進行建模，利用SolidWorks Simulation對刀具進行應(yīng)力分析，并且進行優(yōu)化設(shè)計，取得了較好的效果［2、3］，其模型的應(yīng)力、應(yīng)變以及位移分析［4］如圖 2、3、4、5 所示。

圖2 鏜床單桿單刃刀桿組件的分析圖

圖3 鏜床單桿雙刃刀桿組件的分析圖

圖4 鏜床單桿三刃刀桿組件的分析圖

圖5 鏜床單桿四刃刀桿組件的分析圖

通過云圖中對應(yīng)力、應(yīng)變以及位移求解運算后的結(jié)果［5］，得出刀桿組件的應(yīng)力、位移以及應(yīng)變的最大值，見表1。

表1 四種刀桿組件應(yīng)力、位移以及應(yīng)變最大值對比表

分析計算結(jié)果表明，鏜床單桿多刃刀桿組件與單桿單刃刀桿組件相比，其應(yīng)力、應(yīng)變以及位移值略有差異，但相差很小，說明此單桿多刃刀桿組件的強度和剛度滿足設(shè)計和使用要求。

4 結(jié)束語

筆者將鏜床刀桿組件由原來的單桿單刃、單桿雙刃改為單桿三刃、單桿四刃，并在SolidWorks中建立刀桿組件的數(shù)學(xué)模型，利用SolidWorks Simulation對其進行力學(xué)分析。通過分析以及和原先的刀桿組件模型進行對比，得出此設(shè)計不僅能夠滿足刀具所需的強度和剛度要求，而且能夠大大提高生產(chǎn)效率，滿足了現(xiàn)在機械生產(chǎn)的需求，符合當(dāng)今生產(chǎn)發(fā)展的趨勢。

［1］ 王松，鄭衛(wèi)剛.飛雕機床單桿雙刃刀具的制作［J］.機床與液壓， 2011（4）:139-140.

［2］ 郭課，安林超，季曄.基于SolidWorks的礦井提升機主軸強度剛度分析 ［J］.河南機電高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2010，18（4）:10-13.

［3］ 李啟鵬，劉萬俊，仝崇樓，等.基于SolidWorks運動仿真的平面八連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計［J］.機械傳動， 2009，33（1）:63-67.

［4］ 孫旭.基于SolidWorks的自卸汽車舉升機構(gòu)的仿真設(shè)計［J］.南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009，8（2）：95-98.

［5］ 郭宏偉，劉榮強，鄧宗全.空間索桿鉸接式伸展臂性能參數(shù)分析與設(shè)計 ［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報， 2008，34（10）:1186-1190.