前言
近年来，随着国外先进技术的引进，难加工材料、数控机床和加工中心的大量使用，可转位刀具的应用范围日益扩大。机夹可转位面铣刀一般由刀体、定位元件(刀垫或刀片座)、夹紧元件(楔块、紧固螺钉等)和刀片等组成，在加工中转位迅速、尺寸稳定、刀片磨损后可快速更换，刀具切削效率高，辅助时间少，能极大提高工效，刀体可重复使用，因此其综合经济效益显著 。同时，机夹可转位面铣刀结构典型，虽然能够用有限的几种结构形式表达，但设计计算复杂，手工设计费时费力、重复性大。利用计算机技术，将刀具设计专家的经验采集到系统中，可以明显地提高设计效率和设计质量。目前国内尚无类似的机夹刀CAD系统，本文开发的机夹可转位面铣刀CAD系统PMCDS 1.0，可用于汽车、拖拉机、模具、机床等制造行业中铣削平面和肩台等，目前已在中国一拖集团有限公司进行了实际应用，取得了较好的效果。
1 机夹可转位面铣刀的特点
机夹可转位面铣刀是将预先加工好的并带有若干个切削刃的多边形刀片，用机械夹固的方法夹紧在刀体上，使用过程中一个切削刃磨钝后，只要将刀片的夹紧松开，转位或更换刀片，使新的切削刃进入工作位置，再经夹紧就可继续使用。典型的机夹可转位面铣刀结构，刀片4通过刀垫2定位，由楔块3 夹固在刀体1上。当刀片的一条切削刃用钝或刀片不能使用时，可以松开楔块，转位或更换刀片，使新切削刃处于切削位置，然后紧固楔块，即可以重新切削。由于断续切削是铣刀刀齿的工作特点之一，每个刀齿在切入工件时都要发生冲击，因此，刀具设计时必须重视改善刀齿切入时的受力状况，提高其抗冲击能力，为此就要合理选择前角γo及刃倾角λs，并需要刀片的选择和定位元件的设计配套。
2 PMCOS 1.0系统的建模策略
一般在开发CAD软件系统时，常用的建摸策略有三种。
全部采用编程生成模型，简称软件模型法。此法一般适用于功能要求较强的CAD系统开发，但编程量较大，开发周期长，常用于二维CAD系统的开发。如使用AUTOLISP、VBA等开发基于AUTOCAD系统的CAD软件，或直接使用VB、C++等语言开发独立的设计系统。
通过预先绘制大量的图形，并使用数据库管理系统建立专用图库，简称图库模型法。此法一般编程量小，开发周期短，但功能较弱，常用于早期二维CAD、三维CAD系统的开发，使用时通过图形拼装形成新图。
结合前两者的优点，首先绘制典型图形，通过设定约束关系，并选择主要尺寸作为驱动变量，建立实体模型，然后，通过数据接口将数据从数据库传递到绘图系统(如SolidWorks)中，按新的数据生成图形，达到数据驱动的目的，简称数据驱动模型法，是二维CAD、三维CAD系统开发的发展方向。
结合机夹可转位面铣刀组成零件的种类较少(4类)，但零件个数较多(30～90个)的结构特点，PMCDS 1.0系统选用数据驱动模型法做为建摸策略。
3 PMCOS 1.0系统介绍
基于以上特点，本文将机夹可转位面铣刀CAD系统分为：面铣刀主要参数选择，铣刀片的选择，刀垫的设计和刀槽尺寸设计等四个设计模块。面铣刀的型式和尺寸以及铣刀片都参照现行的国家标准，刀槽和刀垫的设计是将比较成熟的结构型式收录到系统中。面铣刀主要参数选择模块中，系统将机夹可转位面铣刀型式分为A型、B型、C1型、C2型和D型五种型式，分别适用于直径为Ø80～Ø100mm、Ø100～Ø200mm、Ø200～Ø315mm、Ø315～Ø500mm和Ø200～Ø500mm的面铣刀，同时每种型式又分为左切和右切两种，每种类型的定位安装方式也各有特点。在该模块中，设计者需输入面铣刀的类型、旋向、面铣刀的背前角γp、侧前角γp、主偏角κr和铣刀直径D。铣刀片的选择模块中系统收录了GB2081-87国标中常用的十三种刀片，用户可根据需要自由选用。四个模块互相关联，例如，面铣刀主要参数选择和铣刀片的选择影响着刀垫和刀槽的设计形状和尺寸。根据面铣刀的主要参数及刀片的选择结果，用户可进入刀垫的设计计算模块中，该模块系统收录了目前国内较成熟和常用的两种刀垫型式，每一种又分为左切和右切两种类型。最后进入刀槽设计模块，确定刀槽的结构尺寸。
4 PMCOS 1.0系统的实现方法
在PMCDS 1.0系统的开发中，充分利用Windows OLE的强大功能，借助于SolidWorks应用程序接口(API)，将多个应用程序巧妙地内置到SolidWorks的环境下，形成了基于Windows的CAD集成环境。系统采用Visuil Basic、Visuil C++等流行的开发工具进行混合编程，完成菜单模块、接口模块、数据驱动模块及交互界面的编程开发，生成SolidWorks的外挂动态连接库。同时，启用Access数据库完成数据的分类管理。
4.1 建立面铣刀图形库
PMCDS 1.0系统要完成三维装配图、零件图以及二维工程图的自动生成，数据驱动模型法是PMCDS 1.0系统的建模策略。在建立模型时，需要建立各类面铣刀上的各个零部件的三维参数化模型以及二维工程图模型，建立三维实体模型要求精确、简练、稳定、可靠，变量关系式要设置合理。建立二维工程图模型时，首先要求生成的工程图符合国家制图标准，同时也要求二维工程图精确、稳定、可靠，为使生成的工程图符合国标，系统做了大量的本地化工作，使生成的工程图支持国标所规定的各种剖视图、旋转剖面图、局部剖视图、局部视图、向视图、轴测视图、任意位置视图等，各视图之间完全相关，并能自动标注所需尺寸、尺寸公差、形位公差、粗糙度以及各种制图符号、技术要求、标题栏等。为此，建立面铣刀实体模型需要运用一定的技巧。
要点之一，用最简练的方式建立模型。对同一个模型一般有多种建立方式，用最少的步骤建模可提高图形生成的效率，并减少资源占用。
要点之二，尽可能用变量关系式定义子变量，减少变量数，由此简化数据库结构和程序代码。
4.2 建立面铣刀数据库
要完成参数化设计工作，将面铣刀参数传给相应的参数化实体，生成具体的面铣刀，首先要实现面铣刀数据库的合理建立。数据库要对面铣刀数据实行统一、集中的管理，使数据独立于程序而存在，并可供不同的模块共享使用。数据库结构设计要规范统一，便于界面程序调用数据。
4.3 数据驱动及交互界面
PMCDS 1.0系统开发的重点是如何通过可靠的数据驱动来实现面铣刀的三维参数化设计，包括数据提取、数据整理和数据传递等部分。PMCDS 1.0系统是一个综合性的系统，信息传递的有效性和一致性要求采用四种软件系统集成环境下的数据管理模式，用VB语言建立直接读取Access数据库的程序，由于程序设计开发中灵活采用了面向对象技术，成功地解决了从Access数据库中提取数据到SolidWorks实体间的数据传递问题，这样既可以提高检索效率，又能节省内存空间。
PMCDS 1.0系统以SolidWorks为图形平台、采用Access数据库收录设计人员输入的设计参数和系统的设计计算结果、利用VB、VC++语言进行二次开发，实现机夹可转位面铣刀从设计参数输入到自动生成三维装配图、零件图及其对应的二维工程图的全部过程，使设计人员立即看到自己的设计效果，在设计时能够准确确定所有的尺寸，并进行零件之间的配合，同时能够预见刀具在机床上的使用情况，避免一些错误的产生。
5 结束语
设计的质量和效率是影响产品经济性和技术指标的关键，因此研究、开发和利用先进的设计方法和工具以提高产品设计的效率就显得至关重要。本文在SolidWorks上开发的机夹可转位面铣刀CAD系统在这方面做出了有益的探索，目前其已被中国一拖集团有限公司的设计部门使用，极大地提高了设计效率和设计质量。
