【正文】 CAM子系統(tǒng)：基于Visual C++、ACCESS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)的一個相對獨立的子系統(tǒng)模塊。該模塊主要實現(xiàn)以下幾項功能：1)完成刀具的工藝設(shè)計，系統(tǒng)可以生成工藝過程卡的各工序內(nèi)容；2)將數(shù)控加工的工序內(nèi)容自動轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的NC宏程序；3)實現(xiàn)對報表的打印和NC代碼傳輸?shù)裙δ?。?）共用產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫：用于存放結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝設(shè)計中所需的各種數(shù)據(jù)。 CAE子系統(tǒng)的框架及實現(xiàn)流程。本文對立銑刀進(jìn)行靜態(tài)有限元分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行局部靈敏度分析和全局靈敏度分析，挑選出對模型剛度影響最大的參數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。靈敏度分析是對優(yōu)化設(shè)計作鋪墊，優(yōu)化設(shè)計是由用戶指定研究目標(biāo)、約束條件、設(shè)計參數(shù)，然后在參數(shù)的給定范圍內(nèi)求解滿足研究目標(biāo)和約束條件的最佳方案。 CAE子系統(tǒng)框架Fig . The Framework Of CAE Subsystem 基于Pro/MECHANICA的有限元分析原理 Pro/ENGINEER軟件簡介1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年。經(jīng)過10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機械設(shè)計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。下面就Pro/ENGINEER的特點及主要模塊進(jìn)行簡單的介紹。1. 主要特性（1）全相關(guān)性：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 （2）基于特征的參數(shù)化造型：Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進(jìn)行的各項工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 （3）裝配管理：Pro/ENGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 （4）易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。2. 常用模塊Pro/DESIGNIER是工業(yè)設(shè)計模塊的一個概念設(shè)計工具，能夠使產(chǎn)品開發(fā)人員快速、容易的創(chuàng)建、評價和修改產(chǎn)品的多種設(shè)計概念?？梢陨筛呔鹊那鎺缀文Ｐ?，并能夠直接傳送到機械設(shè)計和/或原型制造中。 Pro/PERSPECTASKETCH能夠使產(chǎn)品的設(shè)計人員從圖紙、照片、透視圖或者任何其它二維圖象中快速的生成一個三維模型。 Pro/ASSEMBLY構(gòu)造和管理大型復(fù)雜的模型，裝配體可以按不同的詳細(xì)程度來表示，從而使工程人員可以對某些特定部件或者子裝配體進(jìn)行研究，同時在整個產(chǎn)品中使設(shè)計意圖保持不變。Pro/FEATURE允許產(chǎn)品設(shè)計人員創(chuàng)建高級特征（例如高級的掃描和輪廓混合）利用簡便的設(shè)計工具，在很短的時間內(nèi)就可以實現(xiàn)。 Pro/SCANTOOLS滿足工業(yè)上使用物理模型作為新設(shè)計起點的需求。把模型數(shù)字化，它的形狀和曲面就可以以點數(shù)據(jù)的形式輸入到Pro/SCANTOOLS中，因此能產(chǎn)生高質(zhì)量的與物理原型非常匹配的模型。 Pro/SURFACE能夠使設(shè)計人員和工程人員直接對Pro/ENGINEER的任一實體零件中的幾何外形和自由形式的曲面進(jìn)行有效的開發(fā)，或者開發(fā)整個的曲面模型。Pro/MECHANICA進(jìn)行有限元分析。Pro/MESH對Pro/ENGINEER中創(chuàng)建的實體模型和薄壁模型進(jìn)行自動的有限元網(wǎng)格劃分，能夠使擁護(hù)快速的評價不同描寫在各種條件下的不同模型構(gòu)造。一旦網(wǎng)格劃分完成，模型可以輸出到先導(dǎo)FEA程序中。 Pro/MFG擴展了完全關(guān)聯(lián)的Pro/ENGINEER環(huán)境，使其包含了銑、車、線切割EDM以及輪廓線加工等制造過程。生成加工零件所需的加工路線并顯示其結(jié)果，通過精確描述加工工序提供NC代碼。 Pro/MOLDESIGN為模具設(shè)計師和塑料制品工程師提供使用方便的工具來創(chuàng)建模腔的幾何外形；產(chǎn)生模具模芯和腔體；產(chǎn)生精加工的塑料零件和完整的模具裝配體文件。除此以外還有很多模塊，由于篇幅限制，就不贅述了。 有限元分析（Pro/MECHANICA）簡介Pro/MECHANICA是美國PTC（Parametric Technology Coporation，參數(shù)技術(shù)公司）開發(fā)的有限元軟件。該軟件可以實現(xiàn)和Pro/ENGINEER的完全無縫集成。同其他有限元軟件相比，Pro/ENGINEER軟件可以完全實現(xiàn)幾何建模和有限元分析的集成。絕大部分有限元軟件的幾何建模功能比較弱，這些有限元軟件通常通過IGES格式或者STEP格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而這樣做最大的弊端在于容易造成數(shù)據(jù)的丟失，因此常常需要花費大量的時間與精力進(jìn)行幾何模型的修補工作。使用Pro/MECHANICA恰好可以克服這一點，該軟件可以直接利用Pro/ENGINEER的幾何模型進(jìn)行有限元分析。由于Pro/ENGINEER具有強大的參數(shù)化功能，那么在Pro/MECHANICA中就可以利用這種參數(shù)化工具的優(yōu)點，進(jìn)行模型的靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計，具體地說，當(dāng)模型的一個或多個參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時，求解出滿足一定設(shè)計目標(biāo)（如質(zhì)量最小、應(yīng)力最小等）的最佳化幾何形。因此，可以說Pro/MECHANICA軟件可以真正使工程師們將精力集中在設(shè)計工作中，在設(shè)計初期就將設(shè)計和分析結(jié)合起來，從而實現(xiàn)智能設(shè)計。使用Pro/MECHANICA不需要較深的有限元知識，用戶只要略懂材料屬性和應(yīng)力應(yīng)變基礎(chǔ)就可以進(jìn)行復(fù)雜模型的分析工作。 基于Pro/M的有限元分析任務(wù)在Pro/M中，將每一項能夠完成的工作稱之為設(shè)計研究。所謂設(shè)計研究是指針對特定模型用戶定義的一個或者一系列要解決的問題。在Pro/M中，每一個分析人物都可以看作成一項設(shè)計研究。Pro/M的設(shè)計研究種類可以分為以下三種類型：（1）標(biāo)準(zhǔn)分析：最基本、最簡單的設(shè)計研究類型，至少包含一個分析任務(wù)。在此種設(shè)計研究中，用戶需要制定幾何模型、劃分有限元網(wǎng)格、定義材料、定義載荷和約束、定義分析類型和計算收斂方法、計算并顯示結(jié)果。（2）靈敏度分析：可以根據(jù)不同的目標(biāo)設(shè)計參數(shù)或者無形參數(shù)的改變計算數(shù)列的結(jié)果。除了進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分析的各種定義外，用戶需要定義設(shè)計參數(shù)、制定參數(shù)的變化范圍。用戶可以用靈敏度分析來研究哪些設(shè)計參數(shù)對模型的應(yīng)力或質(zhì)量影響較大。（3）優(yōu)化設(shè)計分析：在基本分析的基礎(chǔ)上，用戶指定研究目標(biāo)、約束條件、設(shè)計參數(shù)，然后在參數(shù)的給定范圍內(nèi)求解出滿足研究目標(biāo)和約束條件的最佳方案。概括地說，Pro/M STRUCTURE 能夠完成的任務(wù)可以分為兩大類：，或者稱之為設(shè)計校核。在Pro/M 中，完成這種工作需要一次進(jìn)行以下步驟：。、平價計算結(jié)果。，這是Pro/M區(qū)別于其他有限元軟件最顯著的特征。在Pro/M中進(jìn)行模型的設(shè)計優(yōu)化需要完成以下工作：。。第三章 銑刀的特性與參數(shù) 刀具材料刀具材料對進(jìn)一步發(fā)展高速切削技術(shù)具有決定性的意義。現(xiàn)有高速切削刀具材料PCD、CBN、陶瓷刀具、金屬陶瓷、涂層刀具和超細(xì)硬質(zhì)合金刀具等仍將起主導(dǎo)作用， 并將得到新的發(fā)展。進(jìn)一步發(fā)展新型高溫力學(xué)性能和高抗熱震性能的高可靠性的刀具材料(包括自潤滑刀具材料) ， 特別是為加工超級合金和高性能新型工程材料和高速干切削的刀具材料是發(fā)展的重點[12]。刀具材料的發(fā)展， 高速切削技術(shù)發(fā)展的歷史，也就是刀具材料不斷進(jìn)步的歷史。高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼(CBN) 。端面銑削使用CBN 刀具時， 其切削速度可高達(dá)5000m/ min ， 主要用于灰口鑄鐵的切削加工。聚晶金剛石(PCD) 刀具被稱之為21 世紀(jì)的刀具， 它特別適用于切削含有SiO2 的鋁合金材料， 而這種金屬材料重量輕、強度高， 廣泛地應(yīng)用于汽車、摩托車發(fā)動機、電子裝置的殼體、底座等方面。目前， 用聚晶金剛石刀具端面銑削鋁合金時， 5000m/ min 的切削速度已達(dá)到實用化水平， 此外陶瓷刀具也適用于灰口鑄鐵的高速切削加工。涂層刀具: CBN 和金剛石刀具盡管具有很好的高速切削性能， 但成本相對較高。用涂層技術(shù)能夠使切削刀具既價格低廉， 又具有優(yōu)異性能， 可有效降低加工成本。現(xiàn)在高速加工用的立銑刀， 大都用TiAIN 系的復(fù)合多層涂鍍技術(shù)進(jìn)行處理， 如目前在對鋁合金或有色金屬材料進(jìn)行干式切削時， DLC(DiamondLikeCarbon) 涂層刀具就受到極大的關(guān)注，預(yù)計其場前景十分可觀。 刀具材料的選擇依據(jù)切削工具的硬度必須是工件硬度的2~4倍。（210HV左右）和模具鋼（370HV左右）作為被加工材料，選用立銑刀材料。若立銑刀主要損傷形態(tài)是磨損，為提高立銑刀壽命，可選擇更硬的材料，直到釬焊CBN刀片的立銑刀，價格當(dāng)然較貴。立銑刀若是因缺損、破損而不能再用，則需反過來選韌性好的材料，直至高速鋼立銑刀。若選用高速鋼，則切削速度必須下降，工件硬度過高，高速鋼可能無法切削、耐磨性不能保證、耐折損性不足和表面粗糙度值高。 選擇立銑刀材料的依據(jù)Fig . The Gist Of Choosing Cutter Material 銑刀的銑削方式我們所要研究的就四齒平頭銑刀、二齒平頭銑刀和二齒球頭銑刀。銑刀的銑削方式有很多種，如下所示：（1）順銑和逆銑　圓周銑削有順銑和逆銑兩種方式。逆銑銑削時，在銑刀與工件的接觸點處，銑刀速度有與進(jìn)給速度方向相同的分量。由于銑刀刀刃切入工件時的切削厚度不同，刀齒與工件的接觸長度不同，所以順銑和逆銑時給銑刀造成的磨損程度也不同。實踐表明，順銑時，銑刀使用壽命比逆銑提高2～3倍，表面粗糙度也可減小。（2）對稱銑削與不對稱銑削① 對稱銑削　為端銑的一種方式。它切入切出時，切削厚度相同，有較大的平均切削厚度。銑淬硬剛時應(yīng)采用這種方式。② 不對稱逆銑　為端銑的另一種方式。切入時厚度最小，切出時最大。銑削碳鋼和合金鋼時，可減小切入沖擊，提高使用壽命。③ 不對稱順銑　切入時厚度較大，切出時厚度較小。實踐證明不對稱順銑用于加工不銹鋼和耐熱金屬時，可是切削速度提高40%～60%，并可減少硬質(zhì)合金的熱烈磨損。 高精度刀具的設(shè)計參數(shù) 立銑刀的幾何參數(shù)不同，其變形量及剛度值也不相同， 在其它參數(shù)相同的情況下:隨著銑刀直徑的增大，其剛度值逐漸變大，隨著螺旋角的增大，應(yīng)力逐漸減少，而剛度逐漸增大。利用這種方法， 可以優(yōu)選出使變形最小、剛度最大的刀具幾何參數(shù)， 從而提高其切削性能。下面以二齒平頭立銑刀為例，介紹它的設(shè)計參數(shù)。1. 刀體設(shè)計 ，未注明單位為mm。表 Table The Parameter Table of End Milling Cutter參數(shù) 序號1刃徑 (d1)DR114(mm)柄徑 (d2)DB216頸徑 (d3)DJ314總長 ( l )LL90頸長 ( l1 )L160頸角 (θ)ST15176。倒角 ( k )K 刀體 The Body 2．螺旋溝槽1及周刃前角設(shè)計。 溝槽1設(shè)計參數(shù) Table The Parameter Of Flute One參數(shù) 半徑14（mm）周刃前角 (Zγ)ZGAM7176。芯厚1 ( dx1 )DXH1芯厚2 ( dx2 )DXH2容屑槽半徑( r1 )R12齒背弧半徑( r2 )R26切削刃長（l2）L2303．螺旋溝槽2及周刃后角設(shè)計 。 溝槽2設(shè)計參數(shù) The Parameter Of Flute Two參數(shù) 序號14（mm）周刃后角1 (Zα1)ZALF110176。周刃后角2 (Zα2)ZALF230176。芯厚3 ( dx3 )DXH23芯厚2 ( dx2 )Dxh2幅寬1 ( f1 )F1幅寬2 ( f2 )F2容屑槽半徑( r3 )R3切削刃長（l2）L230 Sketch Two 草繪1Fig. Sketch One四齒平頭立銑刀和二齒球頭立銑刀設(shè)計參數(shù)分別見附錄1。第四章 高精度數(shù)控立銑刀建模及有限元分析過程