基于SolidWorks仿真设计的镗床单杆多刃刀具

□ 谢溪凌 □ 王 然 □ 汪俊亮 □ 郑卫刚

1.武汉理工大学 物流工程学院 武汉 430063

2.武汉理工大学 工程训练中心 武汉 430063

在现代刀具的制造和使用领域，“效率优先”已经代替了传统的“性能价格比”老概念。近年来生产资料价格的不断升高，迫使制造企业需要通过减少加工成本来保证经济收益。

普通镗床是用刀杆装夹刀体进行切削加工的,刀体常用材料为高速工具钢和硬质合金。高速钢是综合性能较好、应用范围最广泛的一种刀具材料，俗称白钢、锋钢、风钢等，它具有较好的强度、冲击韧度、工艺性能，可以制造刃形复杂的刀具，如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀和齿轮刀具等，可以加工碳钢、合金钢、有色金属和铸铁等多种材料。硬质合金的特点是硬度高、耐磨性好，且在800～1 000℃的高温下仍能保持良好的热硬性。镗床的刀具常用该两种材料作为刀体，一般都是单杆单刃，有些也有单杆双刃，使用加工效率低，为此，笔者将其改成单杆三刃、单杆四刃刀具，极大地提高了加工效率。

1 普通镗床刀杆组件的缺点

在普通镗床上装夹刀具的方法是：把刀体放在刀杆的方槽中，用螺栓锁紧刀体，通过松紧螺栓、移动刀体来控制加工余量，并实现工件的粗加工、半精加工及精加工。但每次换刀要松紧螺栓及移动刀体，非常麻烦和费时，特别是批量加工，效率更低。当然，在大批量加工时，可用拉床拉刀加工孔及方槽等，一般是专业生产厂家才采用［1］。

2 单杆三刃及单杆四刃刀杆组件的设计

单杆三刃及单杆四刃镗床刀杆组件的设计很简单，单杆三（四）刃刀杆组件是在原镗床刀杆方槽上方10～20 mm平行处再开一方槽，并且每个方槽旋转120°（90°），方槽大小和原方槽大小相同。在开方槽之前，先在相应位置钻孔，然后用方锉锉出方槽，并在相应位置再钻孔、攻丝，安装锁紧螺栓，锁紧刀体，结构如图1所示。

图1 镗床单杆三刃以及单杆四刃刀杆组件

3 刀杆组件的仿真

笔者在SolidWorks中对刀杆组件进行建模，利用SolidWorks Simulation对刀具进行应力分析，并且进行优化设计，取得了较好的效果［2、3］，其模型的应力、应变以及位移分析［4］如图 2、3、4、5 所示。

图2 镗床单杆单刃刀杆组件的分析图

图3 镗床单杆双刃刀杆组件的分析图

图4 镗床单杆三刃刀杆组件的分析图

图5 镗床单杆四刃刀杆组件的分析图

通过云图中对应力、应变以及位移求解运算后的结果［5］，得出刀杆组件的应力、位移以及应变的最大值，见表1。

表1 四种刀杆组件应力、位移以及应变最大值对比表

分析计算结果表明，镗床单杆多刃刀杆组件与单杆单刃刀杆组件相比，其应力、应变以及位移值略有差异，但相差很小，说明此单杆多刃刀杆组件的强度和刚度满足设计和使用要求。

4 结束语

笔者将镗床刀杆组件由原来的单杆单刃、单杆双刃改为单杆三刃、单杆四刃，并在SolidWorks中建立刀杆组件的数学模型，利用SolidWorks Simulation对其进行力学分析。通过分析以及和原先的刀杆组件模型进行对比，得出此设计不仅能够满足刀具所需的强度和刚度要求，而且能够大大提高生产效率，满足了现在机械生产的需求，符合当今生产发展的趋势。

［1］ 王松，郑卫刚.飞雕机床单杆双刃刀具的制作［J］.机床与液压， 2011（4）:139-140.

［2］ 郭课，安林超，季晔.基于SolidWorks的矿井提升机主轴强度刚度分析 ［J］.河南机电高等专科学校学报，2010，18（4）:10-13.

［3］ 李启鹏，刘万俊，仝崇楼，等.基于SolidWorks运动仿真的平面八连杆机构优化设计［J］.机械传动， 2009，33（1）:63-67.

［4］ 孙旭.基于SolidWorks的自卸汽车举升机构的仿真设计［J］.南通航运职业技术学院学报，2009，8（2）：95-98.

［5］ 郭宏伟，刘荣强，邓宗全.空间索杆铰接式伸展臂性能参数分析与设计 ［J］.北京航空航天大学学报， 2008，34（10）:1186-1190.