案例刀具设计

机械优化设计案例11. 题目对一对单级圆柱齿轮减速器，以体积最小为目标进行优化设计。

2.已知条件已知数输入功p=58kw ，输入转速n 1=1000r/min ，齿数比u=5，齿轮的许用应力[δ]H =550Mpa ，许用弯曲应力[δ]F =400Mpa 。

3.建立优化模型3.1问题分析及设计变量的确定由已知条件得求在满足零件刚度和强度条件下，使减速器体积最小的各项设计参数。

由于齿轮和轴的尺寸（即壳体内的零件）是决定减速器体积的依据，故可按它们的体积之和最小的原则建立目标函数。

单机圆柱齿轮减速器的齿轮和轴的体积可近似的表示为：]3228)6.110(05.005.2)10(8.0[25.087)(25.0))((25.0)(25.0)(25.0222122212221222212212122221222120222222222121z z z z z z z z z z z g g z z d d l d d m u m z b bd m u m z b b d b u z m b d b z m d d d d l c d d D c b d d b d d b v +++---+---+-=++++-----+-=πππππππ式中符号意义由结构图给出，其计算公式为b c d m u m z d d d mu m z D m z d m z d z z g g 2.0)6.110(25.0,6.110,21022122211=--==-===由上式知，齿数比给定之后，体积取决于b 、z 1 、m 、l 、d z1 和d z2 六个参数，则设计变量可取为T z z T d d l m z b x x x x x x x ][][211654321==3.2目标函数为min)32286.18.092.0858575.4(785398.0)(2625262425246316321251261231232123221→++++-+-+-+=x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x f3.3约束条件的建立1）为避免发生根切，应有min z z ≥17=，得017)(21≤-=x x g2 )齿宽应满足max min ϕϕ≤≤d b，min ϕ和max ϕ为齿宽系数d ϕ的最大值和最小值，一般取min ϕ=0.9，max ϕ=1.4，得04.1)()(0)(9.0)(32133212≤-=≤-=x x x x g x x x x g3）动力传递的齿轮模数应大于2mm ，得 02)(34≤-=x x g4）为了限制大齿轮的直径不至过大，小齿轮的直径不能大于max 1d ，得0300)(325≤-=x x x g 5）齿轮轴直径的范围：max min z z z d d d ≤≤得0200)(0130)(0150)(0100)(69685756≤-=≤-=≤-=≤-=x x g x x g x x g x x g 6）轴的支撑距离l 按结构关系，应满足条件：l 2min 5.02z d b +∆+≥（可取min ∆=20），得0405.0)(46110≤--+=x x x x g7）齿轮的接触应力和弯曲应力应不大于许用值，得400)10394.010177.02824.0(7098)(0400)10854.0106666.0169.0(7098)(0550)(1468250)(224222321132242223211213211≤-⨯-⨯+=≤-⨯-⨯+=≤-=---x x x x x x g x x x x x x g x x x x g8）齿轮轴的最大挠度max δ不大于许用值][δ，得0003.0)(04.117)(445324414≤-=x x x x x x g 9）齿轮轴的弯曲应力w δ不大于许用值w ][δ，得5.5106)1085.2(1)(05.5104.2)1085.2(1)(1223246361612232463515≤-⨯+⨯=≤-⨯+⨯=x x x x x g x x x x x g4.优化方法的选择由于该问题有6个设计变量，16个约束条件的优化设计问题，采用传统的优化设计方法比较繁琐，比较复杂，所以选用Matlab 优化工具箱中的fmincon 函数来求解此非线性优化问题，避免了较为繁重的计算过程。

creo边界混合经典案例Creo边界混合是一种CAD软件中常用的功能，通过该功能可以实现不同几何形状的融合、相交或裁剪等操作。

下面将列举10个Creo 边界混合的经典案例，以展示其应用的广泛性和灵活性。

1. 刀具设计：在机械制造中，经常需要设计各种复杂的刀具。

使用Creo边界混合功能，可以将多个基本几何形状融合在一起，创建出符合刀具形状要求的复杂几何体。

2. 汽车外壳设计：汽车外壳的设计需要考虑美观性、空气动力学性能等因素。

使用Creo边界混合功能，可以将不同的几何形状融合在一起，创建出符合设计要求的流线型外壳。

3. 产品造型设计：在产品设计中，常常需要将不同的几何形状进行混合，以实现特定的造型要求。

使用Creo边界混合功能，设计师可以快速创建出复杂的产品造型。

4. 模具设计：在模具制造中，常常需要将多个几何形状相交或裁剪，以实现特定的模具形状要求。

使用Creo边界混合功能，可以轻松实现模具设计中的复杂形状操作。

5. 管道连接设计：在工程设计中，常常需要将不同管道进行连接。

使用Creo边界混合功能，可以将不同的管道几何形状融合在一起，实现管道连接的设计要求。

6. 机械零件装配：在机械装配中，常常需要将不同的零件进行融合或相交，以实现整体装配的要求。

使用Creo边界混合功能，可以方便地进行零件装配操作。

7. 建筑模型设计：在建筑设计中，常常需要将不同的几何形状融合在一起，以实现建筑模型的设计要求。

使用Creo边界混合功能，可以快速创建出复杂的建筑模型。

8. 机械零件修复：在机械维修中，常常需要对零件进行修复。

使用Creo边界混合功能，可以将修复部分与原零件进行融合，实现零件的修复操作。

9. 产品包装设计：在产品包装设计中，常常需要将不同的几何形状进行融合，以实现产品包装的设计要求。

使用Creo边界混合功能，可以方便地进行产品包装设计操作。

10. 零件加工路径设计：在数控加工中，常常需要设计零件的加工路径。

数控技术思政案例话说在一家大型机械制造厂里，有一个年轻的数控技术操作员叫小李。

这家工厂主要生产一些高精度的航空航天零件，对数控加工的精度要求那是相当的高，可以说差之毫厘就会谬以千里。

小李刚从数控技术专业毕业不久，满脑子都是那些在学校里学到的编程代码、刀具路径啥的。

一开始，他就像个充满电的小马达，只想着快速完成任务，对一些细节并没有太在意。

有一次，他接到一个任务，要加工一批飞机发动机的关键零部件。

他按照常规的编程流程，快速地设置好了数控铣床的各项参数，然后就启动了机器。

但是，在加工过程中，他没有严格按照规定的时间间隔去检查刀具的磨损情况。

结果呢，加工到一半的时候，由于刀具磨损，零件的尺寸精度出现了偏差。

当质量检验员发现这个问题的时候，小李可傻眼了。

这可不是小事啊，这批零件要是不合格，不仅会造成大量的材料浪费，还会拖延整个飞机发动机的生产进度，影响到的可能是一个大的航空项目。

这时候，车间主任老王过来了。

老王可是个经验丰富的老数控人，他看着小李垂头丧气的样子，并没有直接批评他，而是给他讲了一个故事。

老王说：“小李啊，你知道吗？以前我刚参加工作的时候，和你一样毛毛躁躁的。

那时候我们厂给一个重要的客户做桥梁建筑用的大型钢梁的零部件。

我当时觉得自己技术不错，就有些大意了。

结果在加工过程中，一个小的计算失误，导致加工出来的零件和设计图有偏差。

这个偏差虽然看起来不大，但是当这些零件组装到钢梁上的时候，整个钢梁的受力结构就发生了变化。

客户检测出来问题，我们厂不仅损失了一大笔钱，还差点砸了招牌。

从那以后，我就明白了，咱们数控技术人员手里掌握的可不仅仅是那些机器和代码，咱们掌握的是一份沉甸甸的责任啊。

每个零件的精度，就像我们做人的诚信一样，容不得半点马虎。

”小李听了这个故事，心里很不是滋味。

他意识到自己的错误不仅仅是技术上的失误，更是一种对待工作不负责任的态度。

于是，小李重新调整了状态。

他仔细地分析了之前的错误，重新编写了程序，对每个加工步骤都进行了详细的规划，并且严格按照操作规程，每隔一段时间就仔细检查刀具和零件的加工精度。

降低刀具成本的改善案例降低刀具成本的改善案例：案例一：优化刀具材料和加工参数某机械加工企业发现，在加工过程中，刀具磨损速度快，更换频繁，导致成本增加。

为了降低成本，他们采取了以下措施：1. 选用更耐磨的刀具材料，如硬质合金或陶瓷材料，以提高刀具的使用寿命。

2. 通过实验，优化加工参数，如切削速度、进给速度和切削深度等，以减少刀具的磨损。

3. 采用切削液，以降低切削温度，延长刀具寿命。

通过这些措施，该企业成功地降低了刀具的更换频率，减少了成本。

案例二：标准化刀具和刀具管理系统某汽车制造企业发现，不同车间和生产线使用的刀具种类繁多，管理混乱，导致成本增加。

为了降低成本，他们采取了以下措施：1. 推行标准化刀具，减少刀具种类，提高刀具的互换性。

2. 建立刀具管理系统，对刀具的采购、库存、发放和使用进行全面管理。

3. 制定刀具保养和维修计划，及时处理损坏和磨损的刀具。

通过这些措施，该企业提高了刀具的管理效率，减少了浪费和成本。

案例三：采用智能刀具和传感器技术某航空制造企业发现，在加工高精度零件时，传统刀具难以满足精度要求，导致成本增加。

为了降低成本，他们采取了以下措施：1. 采用智能刀具，集成传感器和执行器，实时监测切削过程中的振动、温度和切削力等参数。

2. 通过传感器技术，实时监测刀具的磨损状态和破损情况，及时预警和更换。

3. 利用智能刀具和传感器技术，优化切削参数和加工过程，提高加工精度和效率。

通过这些措施，该企业提高了加工精度和效率，减少了报废和返工，降低了成本。

以上是三个降低刀具成本的改善案例。

通过优化刀具材料和加工参数、标准化刀具和刀具管理系统、采用智能刀具和传感器技术等措施，企业可以提高刀具的使用寿命、管理效率和加工精度，从而降低成本。

CAD软件在模切刀具设计中的高效使用技巧与案例CAD软件是一种功能强大的工具，在各种设计领域有着广泛的应用。

在模切刀具设计方面，CAD软件也扮演着重要的角色。

本文将介绍一些CAD软件在模切刀具设计中的高效使用技巧，并通过实际案例来进行说明。

首先，CAD软件可以帮助设计师快速创建刀模的形状。

在模切刀具设计中，刀模的形状通常是复杂多变的，传统的手工设计方式往往耗时且误差较大。

而CAD软件可以通过绘制曲线、创建曲面等工具，简化设计过程，快速创建复杂的刀模形状。

例如，可以使用CAD软件的绘制曲线工具，绘制出刀模的轮廓，然后通过曲面细分工具进行平滑处理，最终得到精确的刀模形状。

其次，CAD软件可以进行三维模型的可视化展示。

设计师可以将刀模的三维模型导入到CAD软件中，通过对模型进行旋转、缩放等操作，全方位地观察刀模的形状和结构。

这对于检查刀模的设计是否符合要求、是否存在错误或冲突非常有帮助。

此外，CAD软件还可以通过添加材质和光线效果，使刀模在可视化展示中更加真实、生动。

例如，设计师可以在CAD软件中为刀模添加金属材质，并设置光源的位置和强度，以达到逼真的效果。

另外，CAD软件还可以进行刀具路径的规划和优化。

在模切刀具设计中，刀具路径的规划对于刀模效果和生产效率有着重要影响。

CAD软件可以通过导入模具工件的三维模型，根据切削原理和刀具特点自动生成合理的刀具路径。

设计师可以通过调整刀具路径的参数，如切削速度、进给速度等，来优化刀具的切削效果和加工效率。

例如，设计师可以在CAD软件中调整切削速度和进给速度的值，以达到既能保证刀具切削质量，又能节约加工时间的效果。

最后，通过实际案例来说明CAD软件在模切刀具设计中的高效使用技巧。

例如，某家模切刀具制造厂家接到了一批复杂的模具工件订单，需要设计制作相应的刀模。

设计师首先使用CAD软件创建了刀模的形状，通过细分曲面工具对刀模进行了平滑处理，确保刀模的形状精确。

然后，设计师将刀模的三维模型导入到CAD软件中，对模型进行旋转、缩放等操作，全面检查刀模的设计是否符合要求。

先进机械制造技术案例咱今儿个就来讲讲航空发动机叶片制造这个超酷的事儿。

航空发动机那可是飞机的心脏，而叶片呢，就像是心脏里的关键小零件，可别小瞧它，要求那是相当的高。

在以前啊，制造叶片可费劲了。

传统工艺做出来的叶片，精度有时候就差那么一丢丢，但在航空领域，一丢丢可就是大事儿。

现在就不一样啦，先进机械制造技术上场了。

就说有这么一家超厉害的工厂，他们用五轴联动加工中心来制造叶片。

这五轴联动啊，就像是一个超级灵活的机器人手臂。

普通的加工设备只能在几个方向上干活儿，这个五轴联动的呢，可以同时在五个不同的方向上对叶片进行加工。

这就好比你画画，以前只能横着竖着画，现在能斜着、转着圈儿画，能把叶片的各种复杂曲面都加工得特别精准。

比如说，航空发动机叶片有那种非常复杂的扭曲形状，像是被一个调皮的小魔法师拧过一样。

以前的工艺很难把这种形状做到完美，但是五轴联动加工中心就像一个技艺高超的雕刻大师。

它可以根据精确的数字模型，一点点地把叶片的形状雕琢出来。

在加工的时候，刀具就像一个超级舞者，在叶片材料上轻盈地舞动，每次切削的厚度能精确到微米级。

微米是啥概念呢？就是特别特别小，就像一根头发丝的几十分之一那么细。

而且啊，这家工厂还用上了先进的测量技术。

在加工过程中，时不时就给叶片来个“体检”。

这个测量设备也是超级高科技，就像一个特别挑剔的裁判。

它会用激光或者其他高科技手段，把叶片的尺寸、形状等各种参数测量得准准的。

如果发现哪里有一丁点儿不符合标准的地方，马上就通知加工设备调整。

这就保证了每个叶片从加工线上下来，都是近乎完美的。

还有个厉害的地方呢，就是材料处理技术。

航空发动机叶片工作环境可恶劣了，要耐高温、高压，还要耐磨损。

所以在制造叶片的时候，得给材料来个“超级变身”。

他们采用了一种特殊的涂层技术。

就像给叶片穿上了一层超级防护服。

这层涂层可不是普通的东西，是用一种特殊的合金材料，通过物理气相沉积的方法弄上去的。

这就好比给叶片穿上了一层由高科技材料制成的铠甲，让叶片在高温高压的环境下还能轻松应对，大大延长了叶片的使用寿命。

机床夹具应用案例机床夹具是机械加工过程中用于夹持工件和刀具的重要工具。

在机械加工中，使用合适的机床夹具可以提高加工精度和效率，降低磨损和损坏，保证加工质量和工作安全。

下面将介绍几个机床夹具的应用案例。

案例一：数控车床内六角螺母加工在数控车床上加工内六角螺母的过程中，需要用到刀具和工件夹持器，夹具的设计和制造对加工精度有直接影响。

在一家机床夹具制造公司，他们采用的是三爪卡盘自动夹头。

这种夹具有精度高、重复性好、安装方便等优点，可以满足大批量的生产需求。

案例二：加工江苏Q公司测绘设备配件江苏Q公司是一家专业从事测绘设备生产的公司，他们需要一种特殊的机床夹具，用于加工旋转件。

这种夹具需要能够承载大重量，有较高的精度和可靠性，并且符合人类工程学要求。

机床夹具制造公司给出了设计方案，并根据Q公司的要求进行了量身定制。

夹具使用后，加工效率和质量都获得了明显改善。

案例三：针对生产材料的特殊需求某企业需要加工一种特殊材料，这种材料硬度高，易碎，加工时需要高度稳定性和保护性。

机床夹具制造公司通过研究材料性质，设计了一个特殊的真空吸盘夹具。

这种夹具可以稳定地夹住材料，避免因夹持力不均引起的损坏，同时可以灵活地进行位置调整，扩大了工件加工的范围和可能性。

案例四：加工船舶零部件某船舶制造公司需要加工一些重型零部件，这些零部件尺寸较大，形状复杂，需要多次加工。

机床夹具制造公司设计了一种可调式定位夹具，在满足夹持力和精度的前提下能够实现快速的定位和释放，减少了加工时间和人力成本，提高了工作效率。

这些案例充分展示了机床夹具在实际生产中的关键作用。

不同加工对象需要的夹具种类和形式也会有所不同，为了满足市场需求，机床夹具制造企业需要不断创新和变革，不断提升设计和制造能力。

同时，用户也需要选择合适的机床夹具，保证加工质量和安全，提高效率和竞争力。

工业设计十大经典案例在产业结构升级的关键时期，我国第二届工业设计大奖一一’红星奖”正在筹备中。

和国外比, 中国工业设计起步较晚，需要从国外的工业设计中借鉴经验。

本报推出工业设计史上十大经典案例，从中可以体味出工业设计附加值的意义，何止于金钱！ 案例一丨ZIPPO74年火焰不灭设计师：乔治布雷斯代设计时间：1933年1932年，美国人乔治 布雷斯代在一个酒馆外 看到一个朋友笨拙地用一个廉价打火机点烟后， 便产生了设计一个简单不受气压或低温影响的打 火机的想法。

1933年，第一款ZIPPO 打火机诞生 并开始风靡全球。

二战期间，由于ZIPPO 卓越的 性能成为了美国军队的军需品。

据说美国一名士 兵因为ZIPPO 挡住了子弹而保住了性命， 大加赞赏：1996年4月15日，第三亿个ZIPPO 打火机出厂，如果把这三亿个打火机平放，可以把一 个包括射门区在内的足球场铺满128厘米厚。

如今ZIPPO 的日产量已经超过 6.5万个，销往 130个国家和地区，被喻为 打火机里的哈雷摩托”，成为雄性美感的代名词和具有高度收藏 价值的艺术品。

案例二丨拉链男士 裤门看守者”设计师：伊莱思豪设计时间：1851年拉链又称拉锁，是一个可重复拉合、 拉开的由两条柔性的可互相啮合的连接件。

目前拉 链的使用领域几乎涉及到所有的服装和用品，已成为当今世界上重要的服装辅料。

从1851年美国人伊莱思 豪才申请了一项名叫 可持续、自动式扣衣工具”专利开始，拉链 最终占领服装市场的时间是上世纪 30年代，期间整整经历了近 80年之久。

当时，服装界掀 起了一场童装竞赛， 最终脱颖而出的是带有拉链的童装，因为人们相信，拉链服装能提高儿 童的自信心和自主能力。

借助时装设计师的推动，拉链在 1937年又有了一个新身份 一一男士裤门看守者”。

如今 拉链已经ZIPPO 而那个ZIPPO 却依然好用。

艾森豪威尔也对 “ZIPPO 是我惟一在任何时候都能点得着的打火机。

轴承，是机械传动装置的支承部件，其基本功能是传递运动与载荷，减少摩擦损失。

在装备制造领域，轴承是非常关键的基础部件，是实现主机性能、功能与效率的重要保证。

对于轴承的加工制造，一般多采用GCr15轴承钢、40CrMo等材料，且大部分都需要经过热处理后加工，这些材质的热后硬度一般都在HRC55以上，硬度较高，使用普通刀具难以加工，同时也无法保证良好的加工效率。

一、常见轴承包括冶金轴承、回转支承轴承、风电轴承、轮毂轴承单元、轧机轴承等，根据不同的使用需求，采用不同的材料制造，多为GCr15轴承钢、40Cr或40CrMo等淬火钢。

二、轴承加工难点1、硬度高。

大部分轴承都需热处理后加工，属于典型的淬火钢材质，硬度一般在HRC55~65左右，硬度较高，常规刀具难以加工，且刀具磨损现象严重。

2、存在连续和断续加工工况。

大型轴承工件热处理后变形量大，加工时存在断续加工工况，常规刀具容易出现崩刀现象。

3、表面光洁度要求高。

部分轴承对表面光洁度的要求较高，需要通过磨削工艺才能实现，加工效率低，加工成本高。

三、CBN刀具加工轴承优势1、硬度高、耐磨性好、耐高温。

CBN（立方氮化硼）的硬度仅次于金刚石，是自然界第二高硬度物质，博特BTS6000和6000A牌号材质CBN刀具，采用超细CBN晶粒制造而成，具有极高的耐磨性、热稳定性和高温红硬性，刀具寿命较硬质合金、涂层刀片提高3~5倍以上。

2、抗冲击性强。

轴承加工存在断续切削工况，如加工轴承滚道，若采用常规刀具很容易出现崩刃现象。

郑州博特BTS600A整体聚晶式CBN刀具，采用特殊金属粘结剂，抗冲击性强，不易崩刀，满足轴承断续切削需求。

3、精度高、一致性好。

CBN刀具与金属工件之间的摩擦系数小，通过独特的刃后角设计可以减轻刀具磨损，同时提高刃口强度和切削稳定性，确保轴承的加工精度和尺寸一致性，实现以车代磨功效。

四、博特CBN刀具加工轴承案例郑州博特，为淬火钢领域提供硬车、硬镗、切槽等CBN刀具，从连续到断续，从粗加工→半精加工→精加工→超精加工，为您提供整套硬切削刀具及加工解决方案。

在产业结构升级的关键时期，我国第二届工业设计大奖——“红星奖”正在筹备中。

和国外比，中国工业设计起步较晚，需要从国外的工业设计中借鉴经验。

本报推出工业设计史上十大经典案例，从中可以体味出工业设计附加值的意义，何止于金钱！案例一｜ZIPPO74年火焰不灭设计师：乔治·布雷斯代设计时间：1933年1932年，美国人乔治·布雷斯代在一个酒馆外看到一个朋友笨拙地用一个廉价打火机点烟后，便产生了设计一个简单不受气压或低温影响的打火机的想法。

1933年，第一款ZIPPO打火机诞生并开始风靡全球。

二战期间，由于ZIPPO 卓越的性能成为了美国军队的军需品。

据说美国一名士兵因为ZIPPO挡住了子弹而保住了性命，而那个ZIPPO却依然好用。

艾森豪威尔也对ZIPPO大加赞赏：“ZIPPO是我惟一在任何时候都能点得着的打火机。

”1996年4月15日，第三亿个ZIPPO打火机出厂，如果把这三亿个打火机平放，可以把一个包括射门区在内的足球场铺满128厘米厚。

如今ZIPPO的日产量已经超过6.5万个，销往130个国家和地区，被喻为“打火机里的哈雷摩托”，成为雄性美感的代名词和具有高度收藏价值的艺术品。

案例二｜拉链男士“裤门看守者”设计师：伊莱思·豪设计时间：1851年拉链又称拉锁，是一个可重复拉合、拉开的由两条柔性的可互相啮合的连接件。

目前拉链的使用领域几乎涉及到所有的服装和用品，已成为当今世界上重要的服装辅料。

从1851年美国人伊莱思·豪才申请了一项名叫“可持续、自动式扣衣工具”专利开始，拉链最终占领服装市场的时间是上世纪30年代，期间整整经历了近80年之久。

当时，服装界掀起了一场童装竞赛，最终脱颖而出的是带有拉链的童装，因为人们相信，拉链服装能提高儿童的自信心和自主能力。

借助时装设计师的推动，拉链在1937年又有了一个新身份——男士“裤门看守者”。

如今拉链已经随处可见，据上世纪30年代的统计资料，全球每年生产的拉链数高达6亿条以上。