【正文】 ，國外出現(xiàn)了硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位鉆頭，這種鉆頭與高速鋼麻花鉆相比，允許采用較高的切削速度和進給速度，可以大大縮短加工時間，故具有效率高、壽命長和經(jīng)濟性好等優(yōu)點，因而獲得了廣泛的應(yīng)用，出現(xiàn)了一種用這種高效短鉆頭替代麻花鉆加工淺孔的趨向[14]。瑞典、德國、美國、日本等國都有同類產(chǎn)品，其中以瑞典Sandvik公司和德國KOMET公司的可轉(zhuǎn)位淺孔鉆較為典型[23]。對于精密孔加工，前道工序如采用可轉(zhuǎn)位鉆頭鉆孔，不僅可減少中間工序，縮短加工時間，而且可減少加工工位和設(shè)備投資，有著特別明顯的經(jīng)濟效益[14]?？赊D(zhuǎn)位淺孔鉆一般是由兩塊硬質(zhì)合金刀片（較大直徑淺孔鉆也可有4～5塊刀片）在徑向不對稱分布來構(gòu)成，兩塊刀片分別切削一段金屬而形成被加工孔。但這兩種方法都無法建立結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，且采用試驗的辦法費力費時，不大可能對大范圍的數(shù)據(jù)進行研究與分析。2． 建立可轉(zhuǎn)位淺孔鉆幾何參數(shù)計算的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上給出刀體上刀片槽空間位置的數(shù)學(xué)模型及最優(yōu)結(jié)果。建立可轉(zhuǎn)位淺孔鉆的數(shù)據(jù)庫、知識庫和實例庫。4 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù) 這章是本論文的重點，對系統(tǒng)涉及到的主要技術(shù)都做了較詳細(xì)的闡述。2 可轉(zhuǎn)位淺孔鉆的數(shù)學(xué)模型 參考文獻[60]對可轉(zhuǎn)位淺孔鉆數(shù)學(xué)模型的求解做了較詳細(xì)的闡述，在本論文中，給出了刀體上刀片槽五個空間位置參數(shù)的計算及其優(yōu)化模型。223。，為坐標(biāo)變換矩陣，可表示為： 式中 坐標(biāo)系oxyz與坐標(biāo)系oxyz中矢徑之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可表示為： (2)式中 表示坐標(biāo)系oxyz中任意一點的矢徑，表示坐標(biāo)系oxyz中同一點的矢徑。由式（21）與式（22）可建立如下聯(lián)立方程式： （43）將以上四個方程整理并化簡后，可得到如下一元二次方程： (44)式中： 令 得出： （45）解此一元二次方程，得到刀片1右刃與刀片2左刃搭接交點在刀片坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。因此，為了建立淺孔鉆的力學(xué)模型，需要將切削刃分成若干等分的細(xì)小單元[49]。由于單元很小，因此在該單元內(nèi)可近似認(rèn)為其幾何參數(shù)和切削速度不變，取該單元起始點的幾何參數(shù)和切削速度表示，并用以確定該單元切削力的作用點來計算單元扭矩?！怪庇诤偷膯卧邢髁?，內(nèi)刀片左右切削刃均與（主剖面法幺矢）共線，且方向相同，外刀片左右切削刃均與共線，且方向相同。單元切削力為單元變形力與單元刃口切削力之合，寫成:本論文以刀桿的端部裝有兩個等邊不等角六邊形硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的淺孔鉆為例進行受力分析，(b)。不考慮進給量時的搭接點為a點，它在刀片坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為及；考慮進給量時的搭接點為b點，它在刀片坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為及。求出小單元上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩： 求出段上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩：對于刀片1右切削刃有：(1)段 ，三角形dek區(qū)域是由雙刃切削形成的，因此進給量為。將段分割成許多小單元，任取一個小單元進行分析，利用上面的經(jīng)驗公式可以求出這個小單元上的、寫出 、的向量形式，可以求出小單元上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩： 然后求出段上的力沿著x，y，z三個方向上的合力及扭矩：對于刀片1左切削刃的非過心段，如圖4所示，平行四邊形mnoh區(qū)域是由單刃切削形成的，因此進給量為。設(shè)過中心部分切削刃上任意一點在刀片坐標(biāo)系o’x’y’z’中的矢徑為：同一點在鉆頭坐標(biāo)系oxyz中的矢徑為：則由式（1）有： （52）該點在鉆頭坐標(biāo)系oxyz中的合成切削速度矢量可表示為： 式中 主運動速度幺矢進給速度幺矢合成速度幺矢n轉(zhuǎn)速R過中心部分切削刃上所選點處的半徑，過中心部分在鉆頭坐標(biāo)系中的前、后刀面相反，因此過心部分在刀片坐標(biāo)系o’x’y’z’中各矢量方程表示如下：切削刃幺矢： 法前角幺矢： 將過中心部分安裝在坐標(biāo)系oxyz中后各矢量方程表示如下：切削刃幺矢：切削刃幺矢： 法前角幺矢： 切削刃幺矢： The geometry of cutting edge exceeding the centerline of the drill 過心部分的幾何參數(shù)切削刃幺矢： 法前角幺矢： 將過中心部分安裝在坐標(biāo)系oxyz中后各矢量方程表示如下：切削刃幺矢：法前角幺矢：過中心部分切削刃上任意一點在加工狀態(tài)下的刃傾角、法前角和主偏角計算如下： (53) (54) (55)且 優(yōu)化模型與優(yōu)化結(jié)果用最優(yōu)化方法解決最優(yōu)化問題的技術(shù)稱為最優(yōu)化技術(shù)，它包含兩個方面的內(nèi)容：① 建立數(shù)學(xué)模型，即用數(shù)學(xué)語言來描述最優(yōu)化問題。 淺孔鉆的優(yōu)化模型由于淺孔鉆內(nèi)外刀片的非對稱布置，導(dǎo)致刀具在加工時要產(chǎn)生徑向合力，從而影響了被加工孔的質(zhì)量，因此最大限度地減小淺孔鉆加工時的徑向合力就成為研究的重點。優(yōu)化結(jié)果表明，在該范圍內(nèi)可以找到使徑向合力及扭矩為最小的5個最優(yōu)參數(shù)。fgoalttain函數(shù)的調(diào)用格式為：[x,fval]=fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,lb,ub)其中，goal變量為目標(biāo)希望達到的向量值。：開始輸入,的已知值和的初值調(diào)用MATLAB優(yōu)化工具箱中的fgoalttain函數(shù)計算and 及對應(yīng)的值輸出,結(jié)束 Flow chart for optimization puter program 優(yōu)化程序的計算流程圖 優(yōu)化計算結(jié)果及優(yōu)化后的鉆頭幾何參數(shù)由于兩塊硬質(zhì)合金刀片在徑向非對稱分布，導(dǎo)致了淺孔鉆在加工時要產(chǎn)生徑向合力，從而影響機床的受力與刀具的變形，進而影響被加工孔的質(zhì)量（主要是孔的形狀精度）。 優(yōu)化結(jié)果 Optimal Results123參 數(shù)初 值54112優(yōu) 化結(jié) 果 鉆頭直徑與優(yōu)化參數(shù)間的關(guān)系~56mm的淺孔，前邊僅對直徑為25mm的鉆頭進行了參數(shù)優(yōu)化。CAD系統(tǒng)的圖形顯示速度和計算能力也要求有性能良好的顯示適配器（VGA以上）和較大內(nèi)存（64M以上）[11]，在開發(fā)本系統(tǒng)時，采用Intel Pentium4 處理器，256MB內(nèi)存。目前Pro/Engineer軟件在我國的機械、電子、家電、模具等行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用，在國內(nèi)的應(yīng)用數(shù)量大大超過了同類型的其他國外產(chǎn)品。Pro/Toolkit是Pro/E自帶的功能最強大的二次開發(fā)工具，它是基于C語言的，其主要目的是讓用戶或第三方通過C程序代碼擴充Pro/Engineer系統(tǒng)的功能，開發(fā)基于Pro/Engineer系統(tǒng)的應(yīng)用程序模塊，從而滿足用戶的特殊要求。 應(yīng)用程序開發(fā)軟件Microsoft Visual C++ Visual C++。Win32 Console Application 是用于創(chuàng)建DOS控制臺的C/C++程序，簡稱DOS程序。 MATLAB是美國MathWorks公司推出的用于數(shù)值計算和圖形處理的科學(xué)計算環(huán)境。同時MATLAB還有很強的功能擴展能力，與它的主系統(tǒng)一起可以配備各種各樣的工具箱，以完成一些特定的任務(wù)。應(yīng)用MATLAB進行函數(shù)圖形繪制也非常方便，一般來說，不管二元函數(shù)多么復(fù)雜，它的三維圖形，僅需要10條左右指令，就能得到富于感染力的表現(xiàn)。如方陣A的求逆，只要一個簡單的命令inv(A)就可以了，矩陣A和B的相乘也只要輸入C=A*B就可以實現(xiàn)。所以采用結(jié)合其他高級語言（如VC++）實行聯(lián)合編程的方法，就可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。本課題重點進行可轉(zhuǎn)位淺孔鉆智能CAD系統(tǒng)的開發(fā)與研究。（2） 設(shè)計專家系統(tǒng)：根據(jù)用戶要求選擇刀具的基本參數(shù)，如直徑、材料、進給量、切削速度等，這些數(shù)據(jù)將存入專家系統(tǒng)作為設(shè)計的已知條件，當(dāng)一個新設(shè)計完成后，又可以存入專家系統(tǒng)，作為經(jīng)驗設(shè)計值供以后的設(shè)計參考和使用，這樣專家系統(tǒng)就會得到不斷的擴充和完善，從而使設(shè)計越來越輕松。知識庫中存放用于專家推理的各種已知參數(shù)、經(jīng)驗值等，實例庫中存放刀片實例、刀柄實例、裝配實例以及對應(yīng)的工程圖實例，數(shù)據(jù)庫中存放各種刀具材料的各種性能參數(shù)等。}獲取數(shù)據(jù)庫中的表單：CString CUserRecordSet::GetDefaultSQL(){ return _T([dbo].[user_pswd])。存放了已知的和已設(shè)計的刀柄實例，供設(shè)計時候參考和修改。 Insert Case Table 刀片實例表（3） 裝配實例表(asmtable)裝配實例表中存放了用戶設(shè)計的裝配實體圖及其對應(yīng)的工程圖。 User Management Table 用戶管理表（2）刀具材料表（tmaterial）該表包括刀片材料牌號(tmnumber)、刀片材料名稱(tmname)、密度(ttense)、硬度(thard)、抗彎強度(txbb)、抗壓強度(txs)、沖擊韌性(ttenacity)、彈性模量(te)、應(yīng)用范圍(trange)，： Tool Material Table 刀具材料表（3）工件材料表（wmaterial）該表包括工件材料牌號（wmnumber）、工件材料名稱(wmname)、密度(wxb)、彈性模量(we)、硬度(whard)、熱處理(wheat)等字段。專家系統(tǒng)具有許多優(yōu)良特性，如：啟發(fā)性、透明性、靈活性、高效性、準(zhǔn)確性等。DLL是建立在客戶程序服務(wù)器通訊的概念上的。在靜態(tài)庫情況下，函數(shù)和數(shù)據(jù)被編譯進一個二進制文件（）。當(dāng)應(yīng)用程序鏈接到一個靜態(tài)庫時，這個過程稱為“靜態(tài)鏈接”。然后，要使用給定DLL的導(dǎo)出函數(shù)的應(yīng)用程序則鏈接到這個DLL。這樣加載程序的時候就能把它作為一個DLL來識別[47]。編寫應(yīng)用程序的人只需要簡單地包括所需的（一個或多個）頭文件，進行所需的函數(shù)調(diào)用并鏈接DLL即可[47]。CBR技術(shù)是一種相似推理方法，其核心是通過實例庫方式運用過去已有的經(jīng)驗來解決新問題。在本課題中，基本的做法是用交互方式創(chuàng)建基于特征和參數(shù)的淺孔鉆刀柄和刀片的實例模型，開始設(shè)計時，會先把實例特征和設(shè)計要求進行相似匹配，從實例庫中提取最相似實例，在對此實例進行修改，從而得到新的符合用戶要求的實例。Protoolkit目錄中共有四個子目錄：\i486_nt、\includes、\protk_appls和\protkdoc。本論文是在Pro/Engineer Wildfire 版本中開發(fā)的，所以它只能在Pro/Engineer Wildfire或更高的版本中運行。對象（Object）和動作（Action）是Pro/Toolkit中最基本的概念。Pro/Toolkit函數(shù)庫提供的庫函數(shù)均有相應(yīng)的ANSI函數(shù)原型，并在相應(yīng)的頭文件中定義，在調(diào)用函數(shù)之前必須將頭文件包含在C或C++程序中。同步模式分為動態(tài)鏈接庫(Dynamically Linked Library)模式（DLL Mode）和多進程模式（Multiprocess Mode）或稱為派生模式（Spawned Mode）。因此，在程序開發(fā)階段以采用多進程模式，這有利于程序調(diào)試，當(dāng)程序開發(fā)完之后，以采用DLL模式，這可以提高程序運行的速度。在簡單異步模式中Pro/E不能激活Pro/Toolkit中的函數(shù)，但是，當(dāng)Pro/E運行時可以交互使用Pro/E。另外，異步模式較之同步模式，具有代碼復(fù)雜、執(zhí)行速度慢的缺點，因此，除非特別需要，一般建議不要采用異步模式[24]。(2)，主要程序如下：……//ProToolKit includesinclude include include //Function declarationint DrillMenuActFn()。 uiCmdCmdId PushButton_cmd_id1。PushButton_cmd_id1)。}//function:AccessAvailablestatic uiCmdAccessState AccessAvailable(uiCmdAccessMode access_mode){ return(ACCESS_AVAILABLE)。 //聲明對話框?qū)ο?status=()。在該函數(shù)中設(shè)置用戶的交互接口，如設(shè)置菜單，調(diào)用對話框或直接調(diào)用所需的函數(shù)等。S)Drill CAD Design Systemamp。(4)響應(yīng)菜單函數(shù)DrillMenuActFn()對于上文編輯的菜單條，在Pro/E環(huán)境中點擊后，如何彈出對話框呢？。 //聲明對話框?qū)ο?status=()。由于最后生成Pro/Toolkit應(yīng)用程序為動態(tài)鏈接庫(dll)文件，因此在使用對話框資源時，應(yīng)明確指定所使用的是DLL資源，否則在Pro/Engineer調(diào)用該應(yīng)用程序時，DLL將使用exe的資源。()創(chuàng)建并顯示對