謝溪凌，王然，汪俊亮，鄭衛(wèi)剛

(1.武漢理工大學物流工程學院，湖北武漢430063;2.武漢理工大學工程訓練中心，湖北武漢430063)

首先，人們認識到，通過采用高效刀具提高勞動生產率來降低成本，比單純節(jié)省刀具費用更加有利。所以，在現(xiàn)代刀具的制造和使用領域， “效率優(yōu)先”已經代替了傳統(tǒng)的“性能價格比”老概念。其次，近年來生產資料價格的不斷升高，迫使工業(yè)制造企業(yè)減少加工成本，以保證經濟收益。

普通刨床是用刀桿裝夾刀體進行切削加工的，刀體常用的主要材料為高速工具鋼和硬質合金。高速鋼是綜合性能較好、應用范圍最廣泛的一種刀具材料，俗稱白鋼、鋒鋼、風鋼等。它具有較好的強度、沖擊韌度、工藝性能，可以制造刃形復雜的刀具，如鉆頭、絲錐、成形刀具、拉刀和齒輪刀具等。高速鋼可以加工碳鋼、合金鋼、有色金屬和鑄鐵等多種材料。硬質合金材料的硬度高，耐磨性好，且在800 ～1 000℃的高溫下仍能保持其良好的熱硬性。刨床的刀具就常用此兩種材料作為刀體，一般都是單桿單刃，使用加工效率低，為此，作者將其改成雙桿雙刃刀具進行切削，極大地提高了加工效率。

1 普通刨床刀桿組件缺點

在普通刨床上裝夾刀具非常麻煩費時，特別是批量加工，效率極低。當然，大批量加工可用拉床拉刀加工孔及方槽等形狀。但這種加工批量非常大，一般是專業(yè)生產廠家才采用［1］。

刨刀的種類很多，常用的刨刀形狀如圖1所示。由于刨削加工的不連續(xù)性，刨刀在切入工件時受到很大的沖擊力，所以刨刀的刀桿橫截面一般較大，以提高刀桿的強度。刨刀的刀桿有直桿和彎桿兩種形式，由于刨刀在受到較大切削力時，刀桿會繞點O 向后彎曲變形。彎桿刨刀變形時，刀尖不會啃入工件，而直桿刨刀的刀尖會啃入工件，造成刀具及加工表面的損壞，所以彎桿刨刀在刨削加工中應用較多。

圖1 刨床刨削加工示意圖

2 刨床雙桿雙刃刀桿組件的設計

雙桿雙刃刨床刀桿組件是在原來刀桿上同時裝上兩把刀具，兩把刀具相互平行且相隔10 mm 左右，同時兩把刀具相對于工件的高度不同，從而實現(xiàn)刨削時刨削深度不同，可以使刨床在一次進程中完成兩次刨削，大大提高了刨床的生產加工效率，如圖2所示。同時，由于受裝夾刀桿的夾具大小限制，不宜將其改為三刃或者多刃，難度較大。

圖2 刨床雙桿雙刃刀桿組件

3 基于SolidWorks 軟件的刀桿組件的仿真

在刀具工作過程中，刀具的切削部分要承受很大的壓力、摩擦、沖擊和很高的溫度。切削力是金屬切削過程中主要的物理現(xiàn)象之一，它直接影響著切削熱的產生、刀具的磨損與耐用度以及已加工表面的質量，有時還會引起振動，甚至破壞刀具和機床零件。而且在設計刀具時，切削力也是必不可少的數(shù)據(jù)，尤其隨著加工過程自動化的發(fā)展，切削力經常作為對切削過程進行自適應控制的一個重要參數(shù)。

近年來，CAD/CAE/CAM 在大型復雜機械設備中得到了廣泛應用。SolidWorks 作為新一代CAD/CAE/CAM 軟件，是基于特征的參數(shù)化實體造型系統(tǒng)，具有很強的零件設計功能。因此，作者在SolidWorks 中對刀桿組件進行仿真，對刀具進行應力分析，并且進行優(yōu)化設計，從而達到優(yōu)良的效果［2］。

通過在SolidWorks Simulation 中對模型定義材料屬性，然后應用夾具并施加外部載荷，最后劃分網格并運行，從而得出模型的應力、應變以及位移分析圖，如圖3、4所示。并通過云圖中的應力、應變以及位移的求解運算結果，得出刀桿組件的應力、位移以及應變的最大值，如表1所示。最后通過與原先模型進行對比，得出刨床雙桿雙刃刀桿組件的強度和剛度滿足設計和使用要求［3］。

圖3 刨床單桿單刃刀桿組件的分析圖

圖4 刨床雙桿雙刃刀桿組件的分析圖

表1 刨床兩種刀桿組件仿真應力、位移以及應變最大值對比表

4 雙桿雙刃刨床刀桿組件的預期前景

刨床的雙桿雙刃刀具的設計通過增加刀刃的方法實現(xiàn)對高效加工的推動，減少了加工成本，提高了經濟效益。當然，該設計中也有不完善的地方，作者將在以后的過程中進一步優(yōu)化。

5 結束語

作者將刨床刀桿組件由原來的單桿單刃改為雙桿雙刃，在SolidWorks 中建立刀桿組件的數(shù)學模型，利用SolidWorks Simulation 對其進行力學分析［4］。通過分析以及和原先的刀桿組件模型進行對比，得出此設計不僅能夠滿足刀具所需的強度和剛度要求［5］，而且能夠大大地提高生產效率，滿足了現(xiàn)在機械生產的需求，符合當今生產發(fā)展的趨勢。類似于此種的設計也可以使用在其他機床上。

【1】王松，鄭衛(wèi)剛.飛雕機床單桿雙刃刀具的制作［J］.機床與液壓，2011，39(4):139－140.

【2】郭課，安林超，季曄.基于SolidWorks 的礦井提升機主軸強度剛度分析［J］.河南機電高等?？茖W校學報，2010，18(4):10－13.

【3】李啟鵬，劉萬俊，仝崇樓，等.基于SolidWorks 運動仿真的平面八連桿機構優(yōu)化設計［J］.機械傳動，2009，33(1):63－67.

【4】孫旭.基于SolidWorks 的自卸汽車舉升機構的仿真設計［J］.南通航運職業(yè)技術學院學報，2009，8(2):95－98.

【5】郭宏偉，劉榮強，鄧宗全.空間索桿鉸接式伸展臂性能參數(shù)分析與設計［J］.北京航空航天大學學報，2008，34(10):1186－1190.