余志伟
（江汉大学智能制造学院， 湖北 武汉 430056）
引言铣刀头是铣床上的专用部件，用于零件的铣削加工。铣刀头主要有座体、轴、端盖、带轮、调整环、挡圈、螺钉、滚动轴承、键和销等零件组成[1]。铣刀头装配轴测图如图1 所示。
铣刀头的装配方式是轴两端安装有圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承安装在底座左右的圆柱孔内，起到支撑轴旋转的作用。底座左侧安装有左端盖，右侧安装有毡圈和右端盖。轴的左侧加工有单键槽，通过键与带轮连接，并用挡圈、圆柱销和螺钉进行连接和固定。轴右侧加工有双键槽，通过双键连接铣刀盘，使用挡圈、垫圈和螺栓进行连接和固定。铣刀头的工作原理是电动机的动力通过皮带传递给带轮，带轮通过左侧的键连接将动力传递给轴。轴再通过右侧的双键连接将动力传递给铣刀盘和铣刀对零件进行铣削加工。
SolidWorks 软件是法国达索系统子公司推出的一款基于Windows 的功能强大的三维设计软件[2]。该软件性能优异，简单易用，成为全球使用量最大、最好用的软件之一。软件以参数化特征造型为基础，具有强大的复杂曲面设计和大型装配处理能力。还为不同市场需求定制了多种标准化配套方案，提高了机械工程师的设计效率。并广泛应用于航空航天、汽车、造船、机械和模具等诸多领域。下面以铣刀头为例，详细介绍各类零件的三维建模和虚拟装配方法。
1 铣刀头零件三维建模铣刀头装配轴测图如图1 所示，铣刀头由16 种零件组合而成，其中2 号螺钉、3 号销、5 号键、6 号滚动轴承、10 号螺钉、13 号键、15 号螺栓和16 号垫圈都属于标准件，SolidWorks 软件带有标准件库，可以直接根据国标号和尺寸参数完成零件的三维建模。除了标准件以外，其余零件都属于一般零件，其中1 号挡圈、4 号带轮、9 号调整环、11 号端盖、12 号毡圈和14 号挡圈都属于盘盖类零件，7 号轴属于轴套类零件，8 号底座属于叉架类零件[3]。下面以端盖、轴和底座为例，分别介绍不同种类零件的三维建模方法。
1.1 端盖的三维建模端盖属于盘盖类零件。该类零件的特点是主体结构是回转体圆柱，其径向尺寸较大，轴向尺寸较小。零件内部一般具有孔槽结构。根据零件结构特点，其三维建模的具体过程是：绘制端盖外轮廓圆和凸台圆草图，通过拉伸凸台命令生成基本实体；绘制中心孔圆草图，拉伸切除形成中心孔；通过异型孔向导绘制台阶孔草图，旋转切除命令形成台阶孔。通过圆周阵列命令生成6 个沿着圆周均布的台阶孔；绘制凹槽草图，通过旋转切除生成内部凹槽。端盖实体如图2 所示。
1.2 轴的三维建模轴属于轴套类零件，该类零件由直径和长度不同的圆柱体连接而成，一般轴端有中心孔，轴中间有键槽，轴端有倒角。轴实体如下页图3 所示。
根据零件结构特点，其三维建模的具体过程为：
1）在草图环境下绘制每节圆柱的草图圆，通过拉伸凸台命令生成基本实体。
2）通过异型孔向导绘制中心孔草图，旋转切除命令形成中心孔。
3）绘制键槽的轮廓草图，通过拉伸切除命令生成键槽。
4）通过倒角命令生成轴端的45°倒角。
1.3 底座的三维建模底座属于叉架类零件，该类零件的特点是形状结构复杂，一般由圆筒、底板、支撑板和肋板等简单立体组合而成，还有各种形状的孔、倒角和倒圆等结构。底座实体如图4 所示。
根据零件结构特点，其三维建模的具体过程为：
1）将底座按照其结构特征，分解成圆筒、底板、支撑板和肋板等简单立体。
2）按照组合方式，分别创建三维实体。
3）创建简单立体的时候，会用到草图绘制、拉伸凸台、旋转凸台、异型孔向导、筋、拉伸切除、旋转切除、阵列和倒角等建模命令。
4）简单立体生成以后，要注意检查其相对位置尺寸是否正确，最后合成底座。
2 铣刀头虚拟装配通过对铣刀头进行虚拟装配和干涉检查，有助于及时发现设计过程中可能存在的问题，优化机器的性能。在SolidWorks 的装配体设计中，提供了自下而上、自上而下或两种方法结合的装配方法[4]。采用自下而上的装配方式，将铣刀头的各个零件沿着装配干线依次插入到装配体中，这种方法类似于拼积木，将零部件拼装成装配体。零部件之间不存在任何参数关联，仅仅存在简单的装配关系。操作起来简单易用，符合实际零件装配的习惯。
铣刀头虚拟装配如图5 所示，铣刀头的虚拟装配过程为：
1）通过新建命令，选择装配体，生成装配体文件。
2）选择底座作为第一零件插入到装配体中，默认状态是“固定”。保证底座圆筒左端面原点和装配体原点重合，同时底座和装配体的基准面也会重合在一起。
3）沿装配干线按照装配关系依次插入各个零件。插入顺序是左端盖、右端盖、左侧螺钉、右侧螺钉、左侧轴承、轴、右侧轴承、毡圈、键、带轮、左侧挡圈、销、螺钉、右侧挡圈、垫圈和螺栓。插入时根据零件之间的装配关系和连接方式，对各零件之间添加重合、平行、同心或同轴等约束关系，完成铣刀头的虚拟装配。
4）铣刀头装配体完成以后，通过干涉检查命令，对铣刀头装配体进行干涉检查。及时发现问题并修正，确保铣刀头所有零部件之间能够正确装配在一起。
3 结语根据零件结构特征不同，对铣刀头的零件进行分类，并详细讲解了不同类型零件的三维建模方法和具体过程。通过铣刀头的虚拟装配和干涉检查，能够发现设计过程中存在的问题，及时修改完善，达到优化设计的目的。并能提高设计效率，缩短开发周期，降低开发成本，有利于提升产品的竞争力。
