SolidWorks在车刀几何角度测量中的应用

王新海+张永军+马瑾

摘 要：针对车刀几何角度测量的重要性和存在的困难，结合目前高职学生的学习现状，利用SolidWorks具有功能强、易学习和便于掌握的优点，将SolidWorks软件引入到车刀几何角度测量教学中来，对传统的教学进行改革，使直观的测量转换为多方位、多视角的角度测量，实现虚拟造型与实验操作的有机结合，活跃了课堂气氛，降低了教学和学习难度。

关键词：量角仪 SolidWorks 刀具角度

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0089-02

车刀几何角度是确定车刀切削部分几何形状的重要参数，是金属切削原理与刀具课程的重要知识点。通过车刀量角仪对刀具几何角度的测量，可以使学生熟悉车刀切削部分的组成，进一步掌握静止正交平面参考系、车刀6个基本角度的定义[1]。目前，职业院校学生的理论基础相对较差，刀具几何角度理论性较强，也有大量实践性较强的内容，教学难度大，而且实习实训当中的工位不能满足每位学生各自操作一台车刀测角仪的要求[2]。

SolidWorks軟件具有三维零件建模、装配及三维造型关联的工程图纸和高级智能渲染等优点，是一款非常适合理论与实践相结合的教学辅助软件。由于SolidWorks软件具有功能强大，易于学习，便于掌握等特点，因此迅速得以普及[3]。将三维SolidWorks软件应用到车刀几何角度测量中，形成图、文、动画等相结合的教学方式，使传统单一直观的测量转换为多方位、多视角的角度测量，课堂教学直观易懂，易于接受和理解[4]。

1 高职学生学习现状

高等职业教育是高等教育的重要组成部分，随着近年来国家对职业教育的重视，越来越多的高考适龄人口开始选择进入高等职业院校学习。然而，目前高等职业院校的学生整体综合素质较前几年有所下滑，生源主要由两部分：一部分是参加高考而总分未过本科线的高考生，另一部分是参加各省自主招生的学生。这部分学生文化基础课普遍较差，学生的求知欲和上进心不足，经常在课堂上会出现“出工不出力”的现象。针对此种现象，以SolidWorks软件为支持，应用该软件的强大功能，以此来有效地解决刀具几何角度测量过程中所存在的教与学的矛盾。

2 车刀三维模型的建立

为了保证切削加工的顺利进行，获得合格的加工表面，所用刀具的切削部分必须具有合理的几何形状。刀具角度是描述刀具几何角度的大小及其空间的相对位置，可以利用正投影原理，采用多面投影的方法来表示。车刀几何角度可分为车刀标注角度和车刀工作角度，车刀标注角度是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，其主要包含主偏角、刃倾角、前角、后角、副偏角和副后角等6个基本角度。

在CAD/CAM实训室中，利用SolidWorks软件中的拉伸、切除、编辑颜色、插入参考平面等命令建立“三面两刃一尖”的车刀模型，利用SolidWorks软件中的插入点、面等命令，通过添加约束命令，在车刀模型上建立正交平面参考系。学生可随着教师的演示一步步建立出带有正交平面参考系的车刀模型，如果教师考虑到学生利用软件的知识水平限制，也可以提前建立完整的模型，学生只需双击打开模型即可。为了更好地实现刀具模型的全方位、多视角展示，学生可将鼠标放到模型上，长按鼠标中键且移动鼠标，刀具模型会随着鼠标的移动而处于不同位置，更好地体现出各刀面在刀具上位置关系。

3 量角仪三维模型的建立

车刀量角仪可以实现车刀几何角度的测量实验和巩固对车刀角度标注知识点的理解。车刀的几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，角度的测量是借助正交平面参考系中的基面、正交平面、切削平面、副正交平面和副切削平面等参考平面实现的。车刀量角仪的种类比较多，但其基本原理相同，其结构主要由以下部分组成，分别是底座、基线板、平台、定位板、大指针、小指针、大扇形刻度盘、小扇形刻度盘、立柱、升降螺母和松紧螺母。

利用SolidWorks软件对车刀量角仪各个部分进行三维建模，然后进行模拟装配。装配的三维测角仪必须能够实现以下功能：平台可绕底座中心进行旋转，定位板可在平台上横向滑动，立柱固定在圆形底座上，旋转升降螺母可实现大指针、小指针、大扇形盘、小扇形盘沿立柱进行上下移动，大指针可绕其轴旋转，小指针也可绕其轴旋转。同理，学生可以配合着教师一步步建立，也可以由教师建立完整后双击打开量角仪的三维模型。学生可通过SolidWorks软件的相关功能实现对三维量角仪的全方位观察。

4 车刀几何角度的测量

SolidWorks软件下的车刀几何角度的测量，通过刀具量角仪测量车刀几何角度时必须满足两个条件：一是保持车刀刀杆的安装底面与平台的上表面相贴合，二是刀杆的侧面与定位板相贴合。

在车刀和刀具量角仪完成建模的基础上，首先需要新建装配体，利用新建对话框建立装配体，然后从零件/装配体制作装配体；在装配体中插入刀具量角仪，装配体的第一个零部件默认是固定状态，即不能被移动；向装配体中添加车刀模型，可以直接拖动创建组合体，也可以点击浏览插入零件和新建零件；添加配合条件，使主切削刃与大指针的测量板相贴合，主偏角的读数即为基线板在底座的读数。

学生可将鼠标放到装配体上，长按鼠标中键且移动鼠标，装配体会随着鼠标的移动而处于不同位置，更好地体现出车刀、量角仪和正交平面参考系三者的位置关系，提高学生对主偏角的理解。同理，通过再次建立装配体，根据相应角度的测量定义添加配合条件，可以完成刃倾角、前角、后角、副偏角和副后角等其余刀具几何角度的测量和认知。

5 结语

针对高等职业院校学生的生源组成，结合目前学生在学习过程中存在学习动力不足等的现象，以高职学生在刀具几何角度测量中应用SolidWorks为例，教师通过SolidWorks软件对车刀和量角仪依次进行设计、零件装配和角度测量，实现了学生对角度测量的分层递进理解，丰富了学习方式，激发了学生学习的兴趣，提高了学生的学习积极性。

参考文献

[1] 黄雨田.金属切削原理与刀具实训教程[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006.

[2] 王新海，张永军，马瑾.高职机械制造专业英语特点与教学改革[J].产业与科技论坛，2015（14）：167-168.

[3] 叶修梓，陈超祥.SolidWorks高级教程二次开发与API[M].北京：机械工业出版社，2009：126-127.

[4] 王福娟，李耀辉.SolidWorks在《机械制图》教学中的应用[J].中国农机化学报，2013（34）：228-230.endprint