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数控刀具的参数化设计
1 引
言
数控机床和加工中心用刀具(简称数控刀具)在国外发展很快，品种规格已形成系列。
我国对数控刀具的研究开发起步较晚，数控刀具的开发与生产成为我国工具行业的
薄弱环节，数控刀具的落后已成为影响国产和进口数控机床充分发挥作用的主要障
碍
之
一
。
目前国外设计数控刀具的方式基本上是通过直接调用已有的设计结果或经过局部修
改而形成新的品种或规格。而国内企业(包括中国第一汽车制造厂)在数控刀具设计中
则大多是在商用 CAD(多为 AutoCAD)软件平台上由设计人员进行交互式绘图。由于
交互式绘图很难利用已有的设计结果，劳动强度大，设计效率低，难以满足实际生
产需要。因此，研究开发先进的数控刀具 CAD/CAM 技术，对于提高数控刀具设计、
制
造
的
质
量
和
效
率
十
分
必
要
。
在 CAD 技术的发展过程中，参数化技术的出现是一次重要的革命。该技术以约束造
型为核心，允许工程设计人员以尺寸驱动的方式实现对设计结果的修改，非常适合
于
结
构
类
似
的
系
列
化
产
品
设
计
。
本文以数控镗刀为例，研究参数化设计的实现途径和方法。其它数控刀具的设计方
法
与
其
类
似
。
2 数
控
镗
刀
的
产
品
模
型
为了在计算机上实现数控镗刀的参数化设计，建立合适的产品模型十分关键。数控
镗刀的产品模型中应包括刀片、刀杆、刀片夹紧装置等。对于较复杂的零件如刀杆 ，
为便于模型的实现及管理，可将其进一步分解为头部、杆部两个几何体。在设计中 ，
刀 具 零 部 件 均 以 几 何 形 状 的 形 式 来 描 述 。 图 1 为数控镗刀的产品模型框图。
由图 1 可见，构成镗刀每一部分的几何体都由结构约束、图素集和参数集组成。图
素集为构成几何体的基本几何元素，如点、线段、圆弧、多边形等。为提高软件的
运行效率，多采用封闭多边形来定义几何体，以减少图素的数量。结构约束用于限
定几何体的结构，如长方形的相对边互相平行、相邻边互相垂直；参数集用于确定
几何体的大小，如长方形的边长、圆(弧)的半径等。由于相邻图素或在空间具有共同
位置约束或方向约束的图素之间应具有共用的参数集，为减少数据冗余和避免图素
之间出现不合理的拼合现象，构造了总参数集，确定各几何体的参数集都是总参数
集的子集，各子集之间若交集非空，则表示它们之间存在邻接关系或位置方向关系。
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