【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(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)模塊。該模塊主要實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)功能：1)完成刀具的工藝設(shè)計(jì)，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(dòng)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的NC宏程序；3)實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)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(jì)與工藝設(shè)計(jì)中所需的各種數(shù)據(jù)。 CAE子系統(tǒng)的框架及實(shí)現(xiàn)流程。本文對(duì)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(duì)模型剛度影響最大的參數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。靈敏度分析是對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)作鋪墊，優(yōu)化設(shè)計(jì)是由用戶指定研究目標(biāo)、約束條件、設(shè)計(jì)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(jiǎn)介1985年，PTC公司成立于美國(guó)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(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)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(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡(jiǎn)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(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開發(fā)周期的任一點(diǎn)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(jī)械對(duì)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(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)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(dú)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(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。數(shù)據(jù)管理：加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)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(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨(dú)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(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)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(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)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(jì)模塊的一個(gè)概念設(shè)計(jì)工具，能夠使產(chǎn)品開發(fā)人員快速、容易的創(chuàng)建、評(píng)價(jià)和修改產(chǎn)品的多種設(shè)計(jì)概念?？梢陨筛呔鹊那鎺缀文Ｐ?，并能夠直接傳送到機(jī)械設(shè)計(jì)和/或原型制造中。 Pro/PERSPECTASKETCH能夠使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(gè)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(duì)某些特定部件或者子裝配體進(jìn)行研究，同時(shí)在整個(gè)產(chǎn)品中使設(shè)計(jì)意圖保持不變。Pro/FEATURE允許產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建高級(jí)特征（例如高級(jí)的掃描和輪廓混合）利用簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)工具，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。 Pro/SCANTOOLS滿足工業(yè)上使用物理模型作為新設(shè)計(jì)起點(diǎn)的需求。把模型數(shù)字化，它的形狀和曲面就可以以點(diǎn)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(jì)人員和工程人員直接對(duì)Pro/ENGINEER的任一實(shí)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(gè)的曲面模型。Pro/MECHANICA進(jìn)行有限元分析。Pro/MESH對(duì)Pro/ENGINEER中創(chuàng)建的實(shí)體模型和薄壁模型進(jìn)行自動(dòng)的有限元網(wǎng)格劃分，能夠使擁護(hù)快速的評(píng)價(jià)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(kuò)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(jì)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(jiǎn)介Pro/MECHANICA是美國(guó)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(shí)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(shí)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(fèi)大量的時(shí)間與精力進(jìn)行幾何模型的修補(bǔ)工作。使用Pro/MECHANICA恰好可以克服這一點(diǎn)，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(qiáng)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(diǎn)，進(jìn)行模型的靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體地說，當(dāng)模型的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，求解出滿足一定設(shè)計(jì)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(jì)工作中，在設(shè)計(jì)初期就將設(shè)計(jì)和分析結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)。使用Pro/MECHANICA不需要較深的有限元知識(shí)，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(xiàng)能夠完成的工作稱之為設(shè)計(jì)研究。所謂設(shè)計(jì)研究是指針對(duì)特定模型用戶定義的一個(gè)或者一系列要解決的問題。在Pro/M中，每一個(gè)分析人物都可以看作成一項(xiàng)設(shè)計(jì)研究。Pro/M的設(shè)計(jì)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(jiǎn)單的設(shè)計(jì)研究類型，至少包含一個(gè)分析任務(wù)。在此種設(shè)計(jì)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(jì)算收斂方法、計(jì)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(jì)參數(shù)或者無形參數(shù)的改變計(jì)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(jì)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(jì)參數(shù)對(duì)模型的應(yīng)力或質(zhì)量影響較大。（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jià)計(jì)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(jì)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(duì)進(jìn)一步發(fā)展高速切削技術(shù)具有決定性的意義?，F(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(rùn)滑刀具材料) ， 特別是為加工超級(jí)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(diǎn)[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(shí)， 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(qiáng)度高， 廣泛地應(yīng)用于汽車、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)、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(shí)， 5000m/ min 的切削速度已達(dá)到實(shí)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(duì)較高。用涂層技術(shù)能夠使切削刀具既價(jià)格低廉， 又具有優(yōu)異性能， 可有效降低加工成本?，F(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(duì)鋁合金或有色金屬材料進(jìn)行干式切削時(shí)， DLC(DiamondLikeCarbon) 涂層刀具就受到極大的關(guān)注，預(yù)計(jì)其場(chǎng)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(jià)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(shí)，在銑刀與工件的接觸點(diǎn)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(shí)的切削厚度不同，刀齒與工件的接觸長(zhǎng)度不同，所以順銑和逆銑時(shí)給銑刀造成的磨損程度也不同。實(shí)踐表明，順銑時(shí)，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(duì)稱銑削與不對(duì)稱銑削① 對(duì)稱銑削　為端銑的一種方式。它切入切出時(shí)，切削厚度相同，有較大的平均切削厚度。銑淬硬剛時(shí)應(yīng)采用這種方式。② 不對(duì)稱逆銑　為端銑的另一種方式。切入時(shí)厚度最小，切出時(shí)最大。銑削碳鋼和合金鋼時(shí)，可減小切入沖擊，提高使用壽命。③ 不對(duì)稱順銑　切入時(shí)厚度較大，切出時(shí)厚度較小。實(shí)踐證明不對(duì)稱順銑用于加工不銹鋼和耐熱金屬時(shí)，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(jì)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(jì)參數(shù)。1. 刀體設(shè)計(jì) ，未注明單位為mm。表 Table The Parameter Table of End Milling Cutter參數(shù) 序號(hào)1刃徑 (d1)DR114(mm)柄徑 (d2)DB216頸徑 (d3)DJ314總長(zhǎng) ( l )LL90頸長(zhǎng) ( 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(jì)。 溝槽1設(shè)計(jì)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(zhǎng)（l2）L2303．螺旋溝槽2及周刃后角設(shè)計(jì) 。 溝槽2設(shè)計(jì)參數(shù) The Parameter Of Flute Two參數(shù) 序號(hào)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(zhǎng)（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(jì)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