立铣刀关键结构及成型工艺立铣刀主要由螺旋槽、周刃后刀面、Gash面、底刃后刀面和刀柄等部分组成(见图1)。其中，螺旋槽直接影响刀具的排屑性能和刚度等，是立铣刀精确建模的关键结构。但螺旋槽需基于磨床采用砂轮包络成型，导致螺旋槽不能由设计参数直接决定，而是根据砂轮的形状和位姿等刃磨工艺参数来决定，因此建立精确的螺旋槽模型较为困难。本文通过立铣刀成型刃磨工艺进行建模，可以有效地解决螺旋槽不精确问题，从而建立出精确的立铣刀三维模型。 图1 立铣刀示意图 立铣刀刃磨工艺见图2，主要是利用砂轮包络线原理生成立铣刀结构。即通过将毛坯进行旋转和沿轴线平移的两个成型运动，使砂轮切削形成一系列刀刃的轨迹线，这些轨迹线共同相切的线被称为包络线，该包络线是即将形成的发生线，可以形成立铣刀的表面 图2 立铣刀主要刃磨工艺 实例分析为验证建模方法的精确性，建立一个已知参数的模型，并将建立的模型和给定参数进行对比。立铣刀模型部分参数如图9所示，其关键参数见表1。 (a)端面第一后刀面刃磨路径 (b)端面第二后刀面刃磨路径 (c)立铣刀端面刃磨结果 图8 立铣刀端面建模 图9 立铣刀部分参数 表1 关键参数 由表1数据并根据上文方法建立如图10所示的完整立铣刀三维模型。如图11所示，把建立好的模型与之前给出的视图进行对比，发现其框架大致吻合；例如测量前角、后角、内圆半径等关键参数并填入表2，结果表明，利用该方法建立的模型参数与实际立铣刀相比的误差值较小，更加精确。 图10 立铣刀三维模型 由于三维实体模型能够有效地对各结构进行精确和直观的表达，并且可以很方便地导入到有限元分析软件中，实现对其结构的分析和优化，因此提高立铣刀三维建模的精度是影响立铣刀数字化设计的关键因素之一。康文利等[18]利用UG的二次开发技术在VisualC++上使用Access建立数据库，实现了快速建立铣刀模型可提高工作效率。基于上述建模步骤，借助于NX/Open API函数中的螺旋线、扫掠体、实体变换和布尔运算等功能[19]，可以实现立铣刀三维实体模型的快速自动生成，提高了建模效率。将建成的模型导入ABAQUS软件中进行网格划分(见图12)，可进一步实现对立铣刀的静力学分析和模态分析，为后续的CAE分析做铺垫。 (a) (b) 图11 立铣刀建模与实例对比 表2 立铣刀关键参数对比
图12 立铣刀ABAQUS网格 来源：基于成型工艺的整体立铣刀三维实体建模 |
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