【98】?第36卷?第6期?
2014-06(下)
收稿日期：2014-03-25
基金项目：中央高校基本科研业务费资助（2682013CX023）
作者简介：王景平（1988 -），女，山东聊城人，硕士研究生，研究方向为虚拟样机与虚拟制造。特殊类型立铣刀三维参数化设计技术研究
Research on 3D parametric design technology for special end mills
王景平，黎 荣，程雪锋，孟令洋，李定远
WANG Jing-ping ，LI Rong ，CHENG Xue-feng ，MENG Ling-yang ，LI Ding-yuan
（西南交通大学 先进设计与制造技术研究所，成都 610031）
摘 要：为实现不等齿间角、变螺旋角和变槽深等特殊类型立铣刀的三维参数化设计，本文建立了立铣
刀周齿螺旋刃线和周齿端截形的通用数学模型；提出基于模块化设计方式对立铣刀每个刀齿典型特征编制几何建模算法，运用多截面实体放样技术实现周齿、端齿槽形等复杂型面的三维参数化设计；基于Visual Studio 2010和CATIA/CAA二次开发工具构建特殊类型立铣刀三维参数化建模系统，实例表明该系统能够较准确地生成特殊结构立铣刀的三维模型，且系统稳定、建模精度高。
关键词：立铣刀；变螺旋角；变槽深；不等齿间角；参数化设计中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2014)06(下)-0098-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.06(下).25
0 引言
整体式硬质合金立铣刀因其良好的切削加工性能，在高速切削领域以及航空航天、汽车、模具等行业中得到了广泛应用。传统刀具研发采用设计-试制-试切的模式，刀具研发周期长、效率低。立铣刀参数化设计可以帮助设计人员在保证立铣刀周刃、容屑槽、底刃等结构拓扑约束关系不变前提下，建立立铣刀三维CAD模型，不但方便地对直径、芯径、刃长、前角、后角、螺旋角等结构参数进行快速重构，还可以减少绘图所耗费的时间和人力，有利于实现立铣刀的快速设计[1]。此外，立铣刀参数化设计也是实现铣削加工物理仿真、立铣刀动态特性分析、立铣刀结构参数（悬伸量、前角、后角、螺旋角、槽形等）优化的前提条件[2~4]。
由于采用非对称结构可有效抑制加工中产生的再生颤振，提高切削稳定性[5,6]，因而具有变槽深、不等齿间角或变螺旋角等非对称结构立铣刀的研究和应用日益普遍，为区别传统对称结构的常规立铣刀，本文将变槽深、不等齿间角或变螺旋角立铣刀统称为特殊类型立铣刀。关于立铣刀三维参数化技术国内外已有不少学者进行过研究，孙杰[1]在研究了整体式立铣刀参数化设计进展及发展趋势的基础上，指出“现有螺旋槽模型是通过截面线沿螺旋刃线扫略获得，对于变槽深、变螺旋角不变前角、锥形等特殊结构立铣刀
并不适用，参数化建模的刀具品种、规格受到限制”，因此研究特殊类型立铣刀参数化设计将填补此项需求。张晓东[7]等研究了平头立铣刀的参数化设计，该设计适用于周齿结构为不等齿间角不等螺旋角锥度立铣刀。
总体来看，立铣刀三维参数化建模均采用基于样板模型的实例重用[2,7~9]，该方法只能在系统中已有且结构固定的立铣刀基础上，通过修改少量的参数来建立新的立铣刀模型，对参数的适应性差，具有很大的应用局限性。而对非对称的特殊类型立铣刀的结构目前尚未形成较为系统的参数化建模方法，也尚未有任何一个系统能够同时实现包括三种特殊特征的球头立铣刀及平底立铣刀的参数化建模。本文针对特殊类型立铣刀的结构特点，以立铣刀通用数学模型为基础，提出了对立铣刀的每个刀齿典型结构特征进行单独设计的模块化设计方法，摆脱了样板模型的限制，并建立了特殊类型立铣刀参数化建模系统。
1 特殊类型立铣刀通用数学模型
1.1 特殊类型立铣刀的特点
与常规立铣刀相比，特殊立铣刀具有不等齿间角、变螺旋角、变槽深等特点中的一个或多个特点，这些特点对立铣刀周齿结构影响相对较大，造成周齿结构复杂多样，具体表现如下：①不等齿间角立铣刀，周齿起始部分相邻刀齿之间