基于SolidWorks 的銑刀頭三維建模與虛擬裝配

余志偉

（江漢大學智能制造學院， 湖北 武漢 430056）

引言

銑刀頭是銑床上的專用部件，用于零件的銑削加工。銑刀頭主要有座體、軸、端蓋、帶輪、調整環、擋圈、螺釘、滾動軸承、鍵和銷等零件組成[1]。銑刀頭裝配軸測圖如圖1 所示。

銑刀頭的裝配方式是軸兩端安裝有圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承安裝在底座左右的圓柱孔內，起到支撐軸旋轉的作用。底座左側安裝有左端蓋，右側安裝有氈圈和右端蓋。軸的左側加工有單鍵槽，通過鍵與帶輪連接，并用擋圈、圓柱銷和螺釘進行連接和固定。軸右側加工有雙鍵槽，通過雙鍵連接銑刀盤，使用擋圈、墊圈和螺栓進行連接和固定。銑刀頭的工作原理是電動機的動力通過皮帶傳遞給帶輪，帶輪通過左側的鍵連接將動力傳遞給軸。軸再通過右側的雙鍵連接將動力傳遞給銑刀盤和銑刀對零件進行銑削加工。

SolidWorks 軟件是法國達索系統子公司推出的一款基于Windows 的功能強大的三維設計軟件[2]。該軟件性能優異，簡單易用，成為全球使用量最大、最好用的軟件之一。軟件以參數化特征造型為基礎，具有強大的復雜曲面設計和大型裝配處理能力。還為不同市場需求定制了多種標準化配套方案，提高了機械工程師的設計效率。并廣泛應用于航空航天、汽車、造船、機械和模具等諸多領域。下面以銑刀頭為例，詳細介紹各類零件的三維建模和虛擬裝配方法。

1 銑刀頭零件三維建模

銑刀頭裝配軸測圖如圖1 所示，銑刀頭由16 種零件組合而成，其中2 號螺釘、3 號銷、5 號鍵、6 號滾動軸承、10 號螺釘、13 號鍵、15 號螺栓和16 號墊圈都屬于標準件，SolidWorks 軟件帶有標準件庫，可以直接根據國標號和尺寸參數完成零件的三維建模。除了標準件以外，其余零件都屬于一般零件，其中1 號擋圈、4 號帶輪、9 號調整環、11 號端蓋、12 號氈圈和14 號擋圈都屬于盤蓋類零件，7 號軸屬于軸套類零件，8 號底座屬于叉架類零件[3]。下面以端蓋、軸和底座為例，分別介紹不同種類零件的三維建模方法。

1.1 端蓋的三維建模

端蓋屬于盤蓋類零件。該類零件的特點是主體結構是回轉體圓柱，其徑向尺寸較大，軸向尺寸較小。零件內部一般具有孔槽結構。根據零件結構特點，其三維建模的具體過程是：繪制端蓋外輪廓圓和凸臺圓草圖，通過拉伸凸臺命令生成基本實體；繪制中心孔圓草圖，拉伸切除形成中心孔；通過異型孔向導繪制臺階孔草圖，旋轉切除命令形成臺階孔。通過圓周陣列命令生成6 個沿著圓周均布的臺階孔；繪制凹槽草圖，通過旋轉切除生成內部凹槽。端蓋實體如圖2 所示。

1.2 軸的三維建模

軸屬于軸套類零件，該類零件由直徑和長度不同的圓柱體連接而成，一般軸端有中心孔，軸中間有鍵槽，軸端有倒角。軸實體如下頁圖3 所示。

根據零件結構特點，其三維建模的具體過程為：

1）在草圖環境下繪制每節圓柱的草圖圓，通過拉伸凸臺命令生成基本實體。

2）通過異型孔向導繪制中心孔草圖，旋轉切除命令形成中心孔。

3）繪制鍵槽的輪廓草圖，通過拉伸切除命令生成鍵槽。

4）通過倒角命令生成軸端的45°倒角。

1.3 底座的三維建模

底座屬于叉架類零件，該類零件的特點是形狀結構復雜，一般由圓筒、底板、支撐板和肋板等簡單立體組合而成，還有各種形狀的孔、倒角和倒圓等結構。底座實體如圖4 所示。

根據零件結構特點，其三維建模的具體過程為：

1）將底座按照其結構特征，分解成圓筒、底板、支撐板和肋板等簡單立體。

2）按照組合方式，分別創建三維實體。

3）創建簡單立體的時候，會用到草圖繪制、拉伸凸臺、旋轉凸臺、異型孔向導、筋、拉伸切除、旋轉切除、陣列和倒角等建模命令。

4）簡單立體生成以后，要注意檢查其相對位置尺寸是否正確，最后合成底座。

2 銑刀頭虛擬裝配

通過對銑刀頭進行虛擬裝配和干涉檢查，有助于及時發現設計過程中可能存在的問題，優化機器的性能。在SolidWorks 的裝配體設計中，提供了自下而上、自上而下或兩種方法結合的裝配方法[4]。采用自下而上的裝配方式，將銑刀頭的各個零件沿著裝配干線依次插入到裝配體中，這種方法類似于拼積木，將零部件拼裝成裝配體。零部件之間不存在任何參數關聯，僅僅存在簡單的裝配關系。操作起來簡單易用，符合實際零件裝配的習慣。

銑刀頭虛擬裝配如圖5 所示，銑刀頭的虛擬裝配過程為：

1）通過新建命令，選擇裝配體，生成裝配體文件。

2）選擇底座作為第一零件插入到裝配體中，默認狀態是“固定”。保證底座圓筒左端面原點和裝配體原點重合，同時底座和裝配體的基準面也會重合在一起。

3）沿裝配干線按照裝配關系依次插入各個零件。插入順序是左端蓋、右端蓋、左側螺釘、右側螺釘、左側軸承、軸、右側軸承、氈圈、鍵、帶輪、左側擋圈、銷、螺釘、右側擋圈、墊圈和螺栓。插入時根據零件之間的裝配關系和連接方式，對各零件之間添加重合、平行、同心或同軸等約束關系，完成銑刀頭的虛擬裝配。

4）銑刀頭裝配體完成以后，通過干涉檢查命令，對銑刀頭裝配體進行干涉檢查。及時發現問題并修正，確保銑刀頭所有零部件之間能夠正確裝配在一起。

3 結語

根據零件結構特征不同，對銑刀頭的零件進行分類，并詳細講解了不同類型零件的三維建模方法和具體過程。通過銑刀頭的虛擬裝配和干涉檢查，能夠發現設計過程中存在的問題，及時修改完善，達到優化設計的目的。并能提高設計效率，縮短開發周期，降低開發成本，有利于提升產品的競爭力。