SolidWorks在車刀幾何角度測(cè)量中的應(yīng)用

王新海+張永軍+馬瑾

摘 要：針對(duì)車刀幾何角度測(cè)量的重要性和存在的困難，結(jié)合目前高職學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，利用SolidWorks具有功能強(qiáng)、易學(xué)習(xí)和便于掌握的優(yōu)點(diǎn)，將SolidWorks軟件引入到車刀幾何角度測(cè)量教學(xué)中來，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)進(jìn)行改革，使直觀的測(cè)量轉(zhuǎn)換為多方位、多視角的角度測(cè)量，實(shí)現(xiàn)虛擬造型與實(shí)驗(yàn)操作的有機(jī)結(jié)合，活躍了課堂氣氛，降低了教學(xué)和學(xué)習(xí)難度。

關(guān)鍵詞：量角儀 SolidWorks 刀具角度

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shù)，是金屬切削原理與刀具課程的重要知識(shí)點(diǎn)。通過車刀量角儀對(duì)刀具幾何角度的測(cè)量，可以使學(xué)生熟悉車刀切削部分的組成，進(jìn)一步掌握靜止正交平面參考系、車刀6個(gè)基本角度的定義[1]。目前，職業(yè)院校學(xué)生的理論基礎(chǔ)相對(duì)較差，刀具幾何角度理論性較強(qiáng)，也有大量實(shí)踐性較強(qiáng)的內(nèi)容，教學(xué)難度大，而且實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)當(dāng)中的工位不能滿足每位學(xué)生各自操作一臺(tái)車刀測(cè)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(guān)聯(lián)的工程圖紙和高級(jí)智能渲染等優(yōu)點(diǎn)，是一款非常適合理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)輔助軟件。由于SolidWorks軟件具有功能強(qiáng)大，易于學(xué)習(xí)，便于掌握等特點(diǎn)，因此迅速得以普及[3]。將三維SolidWorks軟件應(yīng)用到車刀幾何角度測(cè)量中，形成圖、文、動(dòng)畫等相結(jié)合的教學(xué)方式，使傳統(tǒng)單一直觀的測(cè)量轉(zhuǎn)換為多方位、多視角的角度測(cè)量，課堂教學(xué)直觀易懂，易于接受和理解[4]。

1 高職學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

高等職業(yè)教育是高等教育的重要組成部分，隨著近年來國家對(duì)職業(yè)教育的重視，越來越多的高考適齡人口開始選擇進(jìn)入高等職業(yè)院校學(xué)習(xí)。然而，目前高等職業(yè)院校的學(xué)生整體綜合素質(zhì)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(xué)生。這部分學(xué)生文化基礎(chǔ)課普遍較差，學(xué)生的求知欲和上進(jìn)心不足，經(jīng)常在課堂上會(huì)出現(xiàn)“出工不出力”的現(xiàn)象。針對(duì)此種現(xiàn)象，以SolidWorks軟件為支持，應(yīng)用該軟件的強(qiáng)大功能，以此來有效地解決刀具幾何角度測(cè)量過程中所存在的教與學(xué)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(jìn)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(duì)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(biāo)注角度和車刀工作角度，車刀標(biāo)注角度是刀具設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)注、刃磨和測(cè)量的基準(zhǔn)，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(gè)基本角度。

在CAD/CAM實(shí)訓(xùn)室中，利用SolidWorks軟件中的拉伸、切除、編輯顏色、插入?yún)⒖计矫娴让罱ⅰ叭鎯扇幸患狻钡能嚨赌Ｐ?，利用SolidWorks軟件中的插入點(diǎn)、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(xué)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(xué)生利用軟件的知識(shí)水平限制，也可以提前建立完整的模型，學(xué)生只需雙擊打開模型即可。為了更好地實(shí)現(xiàn)刀具模型的全方位、多視角展示，學(xué)生可將鼠標(biāo)放到模型上，長(zhǎng)按鼠標(biāo)中鍵且移動(dòng)鼠標(biāo)，刀具模型會(huì)隨著鼠標(biāo)的移動(dòng)而處于不同位置，更好地體現(xiàn)出各刀面在刀具上位置關(guān)系。

3 量角儀三維模型的建立

車刀量角儀可以實(shí)現(xiàn)車刀幾何角度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)和鞏固對(duì)車刀角度標(biāo)注知識(shí)點(diǎn)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(cè)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(shí)現(xiàn)的。車刀量角儀的種類比較多，但其基本原理相同，其結(jié)構(gòu)主要由以下部分組成，分別是底座、基線板、平臺(tái)、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(duì)車刀量角儀各個(gè)部分進(jìn)行三維建模，然后進(jìn)行模擬裝配。裝配的三維測(cè)角儀必須能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：平臺(tái)可繞底座中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，定位板可在平臺(tái)上橫向滑動(dòng)，立柱固定在圓形底座上，旋轉(zhuǎn)升降螺母可實(shí)現(xiàn)大指針、小指針、大扇形盤、小扇形盤沿立柱進(jìn)行上下移動(dòng)，大指針可繞其軸旋轉(zhuǎn)，小指針也可繞其軸旋轉(zhuǎn)。同理，學(xué)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(xué)生可通過SolidWorks軟件的相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)三維量角儀的全方位觀察。

4 車刀幾何角度的測(cè)量

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

在車刀和刀具量角儀完成建模的基礎(chǔ)上，首先需要新建裝配體，利用新建對(duì)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(gè)零部件默認(rèn)是固定狀態(tài)，即不能被移動(dòng)；向裝配體中添加車刀模型，可以直接拖動(dòng)創(chuàng)建組合體，也可以點(diǎn)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(cè)量板相貼合，主偏角的讀數(shù)即為基線板在底座的讀數(shù)。

學(xué)生可將鼠標(biāo)放到裝配體上，長(zhǎng)按鼠標(biāo)中鍵且移動(dòng)鼠標(biāo)，裝配體會(huì)隨著鼠標(biāo)的移動(dòng)而處于不同位置，更好地體現(xiàn)出車刀、量角儀和正交平面參考系三者的位置關(guān)系，提高學(xué)生對(duì)主偏角的理解。同理，通過再次建立裝配體，根據(jù)相應(yīng)角度的測(cè)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(cè)量和認(rèn)知。

5 結(jié)語

針對(duì)高等職業(yè)院校學(xué)生的生源組成，結(jié)合目前學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在學(xué)習(xí)動(dòng)力不足等的現(xiàn)象，以高職學(xué)生在刀具幾何角度測(cè)量中應(yīng)用SolidWorks為例，教師通過SolidWorks軟件對(duì)車刀和量角儀依次進(jìn)行設(shè)計(jì)、零件裝配和角度測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)角度測(cè)量的分層遞進(jìn)理解，豐富了學(xué)習(xí)方式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃雨田.金屬切削原理與刀具實(shí)訓(xùn)教程[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

[2] 王新海，張永軍，馬瑾.高職機(jī)械制造專業(yè)英語特點(diǎn)與教學(xué)改革[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2015（14）：167-168.

[3] 葉修梓，陳超祥.SolidWorks高級(jí)教程二次開發(fā)與API[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：126-127.

[4] 王福娟，李耀輝.SolidWorks在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2013（34）：228-230.endprint