【正文】 軟件具有良好的前后處理界面、靜態(tài)和動態(tài)過程分析以及線性和非線性分析等多種強(qiáng)大的功能，都通過了各種不同行業(yè)的大量實際算例的反復(fù)驗證，其解決復(fù)雜問題的能力和效率，已得到學(xué)術(shù)界和工程界的公認(rèn)。在許多行業(yè)中，計算機(jī)輔助分析已經(jīng)作為產(chǎn)品設(shè)計與制造流程中不可逾越的一種強(qiáng)制性的工藝規(guī)范加以實施。從行業(yè)和地區(qū)分布方面來看，發(fā)展也還很不平衡。計算機(jī)軟件是高技術(shù)和高附加值的商品，目前的國際市場為美國等發(fā)達(dá)國家所壟斷。大多數(shù)的工業(yè)企業(yè)對CAE技術(shù)還處于初步的認(rèn)同階段，CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)碾y度。目前，CAM技術(shù)已經(jīng)成為CAX（CAD、CAE、CAM等）體系的重要組成部分，可以直接在CAD系統(tǒng)上建立起來的參數(shù)化、全相關(guān)的三維幾何模型（實體＋曲面）上進(jìn)行加工編程，生成正確的加工軌跡。只有采用面向模型、面向工藝特征的CAM系統(tǒng)，才能夠突破CAM自動化、智能化的現(xiàn)有水平。同時也具有對工件包括夾具的防過切、防碰撞功能，提高操作的安全性，更符合高速加工的工藝要求，并開放工藝相關(guān)聯(lián)的工藝庫、知識庫、材料庫和刀具庫，使工藝知識積累、學(xué)習(xí)、運用成為可能。 本課題的提出和研究內(nèi)容高精度數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且在精度、可靠性和壽命等方面都有很高的要求。以高精度數(shù)控刀具——以二齒平頭、四齒平頭、二齒球頭等數(shù)控立銑刀為研究對象，將有限元設(shè)計方法引入高精度復(fù)雜刀具的強(qiáng)度、剛度分析中，進(jìn)行基于Pro/MECHANICA的刀具優(yōu)化設(shè)計。第二章 基于Pro/E的有限元分析原理 CAE子系統(tǒng)的框架及實現(xiàn)流程Fig The Framework Of High Accuracy NC Cutting Of CAD/ CAM System 高精度數(shù)控刀具CAD/CAM系統(tǒng)簡介高精度數(shù)控刀具CAD/，系統(tǒng)從功能上可分為：系統(tǒng)集成框架、CAD子系統(tǒng)、CAE子系統(tǒng)、CAM子系統(tǒng)及共用產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫等模塊，各模塊的功能描述如下：（1）系統(tǒng)集成框架： 基于Visual C++。（3）CAE子系統(tǒng)：使用Pro/MECHANICA分析軟件將Pro/ E產(chǎn)生的刀具模型與數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)用靈敏度分析的方法對刀具強(qiáng)度進(jìn)行分析，以及分析刀具結(jié)構(gòu)的合理性，獲得最優(yōu)截形參數(shù)。 CAE子系統(tǒng)的框架及實現(xiàn)流程。1988年。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。（1）全相關(guān)性：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。 （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。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。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)。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。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)。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。進(jìn)行有限元分析。 Pro/MFG Pro/MOLDESIGN該軟件可以實現(xiàn)和Pro/ENGINEER的完全無縫集成。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，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。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。（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。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。、平價計算結(jié)果?，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。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。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。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。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。（2）對稱銑削與不對稱銑削① 對稱銑削　為端銑的一種方式。切入時厚度最小，切出時最大。 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。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。 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。（2）設(shè)定工作目錄?！安堇L數(shù)據(jù)來自文件”，選擇草繪截面1打開。 Cutting Onec、同樣方法剪切草繪截面2。 有限元分析界面 The Interface of FEA 有限元分析前期工作選擇圖標(biāo) ：在左側(cè)列表中選取材料，選中 STEEL，然后單擊 ，再單擊Edit，對材料特性編輯，+09，單擊AssignPart按鈕，選擇刀體模型，然后單擊鼠標(biāo)中鍵返回Materials對話框，單擊Close按鈕關(guān)閉對話框。 材料定義話框Fig . The Dialogue Of Material Definition 約束定義對話框Fig. The Dialogue of Constraints DefinitionFig . The Dialogue Of Load Definition：（1）單擊工具欄施加載荷的按鈕 ，接受默認(rèn)名稱Load1，在reference下選擇point(s)，選擇刀刃頂點?！。?）點選“自動幾何創(chuàng)建”，打開網(wǎng)格劃分對話框，點擊create，開始網(wǎng)格的劃分，會出現(xiàn)一個information對話框，單擊確定，然后開始劃分網(wǎng)格。（4） 單擊圖標(biāo) ，開始分析計算。 Fig Result Window Definition（4）單擊上方工具欄的圖標(biāo) ，系統(tǒng)彈出Result Window Definition對話框，選擇上面完成的分析Analysis1，接受默認(rèn)的顯示變形（Displacement）的結(jié)果窗口Window2，在Display Option 選項中勾選Continous Tone。（7）。（2）全局靈敏度分析（Global Sensitivity） 使用這種方法可以選擇一個或多個模型參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化進(jìn)行靈敏度分析，并以圖形的方式顯示研究目標(biāo)隨著設(shè)計參數(shù)的變化情況。通過上述分析可以得出靈敏度分析的一般思路：（1）進(jìn)行局部靈敏度分析，確定主要參數(shù)對模型性能的影響程度。c. ，確定Type設(shè)置為Pro/ENGINEER…，然后單擊右側(cè)的Select…按鈕，系統(tǒng)提示選擇一個尺寸。步驟二：建立、運行靈敏度分析任務(wù) ，系統(tǒng)彈出Analyse and Design Studies對話框。 f. 單擊 圖標(biāo)開始分析計算。d. 確認(rèn)Graph Location的選項為Design Var，選擇下方的設(shè)計參數(shù)ZGAM。g. 定義ZALF2結(jié)果窗口。k. ，Window1，Window2和Window3，Window4，Window5對模型應(yīng)力的影響曲線。+007，最大值為2e+006。根據(jù)以上分析結(jié)果，選出對應(yīng)力影響最大周前角，芯厚1和二次后角，進(jìn)行進(jìn)一步的全局靈敏度分析。b. 在Analyse and Design Studies對話框中選擇FileNew Design Study…c. 系統(tǒng)彈出設(shè)計分析定義對話框。步驟二：運行全局靈敏度分析任務(wù)a. global_zgam。e. 單擊Design Study下方的 按鈕，選擇上面完成的分析global_zgam，單擊打開按鈕。i. 單擊Accept按鈕完成選擇，系統(tǒng)返回結(jié)果窗口定義對話框。m. 單擊結(jié)果窗口上的命令圖標(biāo) ，在彈出的結(jié)果對話框中選要顯示的窗口。優(yōu)化參數(shù)：周前角(zgam)，芯厚1（dxh1）和二次后角（zalf2）步驟一：建立、運行優(yōu)化任務(wù)a. 選擇圖標(biāo) ，系統(tǒng)彈出Analyse and Design Studies對話框。單擊Accept按鈕。j. 單擊Accept按鈕完成優(yōu)化分析任務(wù)，返回分析設(shè)計研究對話框。芯厚1的值為10，二次后角的值為50時模型受應(yīng)力最小。單擊 按鈕，選擇上面完成的優(yōu)化分析optimization，單擊打開按鈕，系統(tǒng)返回到Reasult Window Definition 對話框。 2. 模型的參數(shù)化參數(shù)化的步驟與原理與前面所介紹的二齒平頭立銑刀的參數(shù)化設(shè)計是一樣的，過程也不再講述了。：（1）單擊工具欄施加載荷的按鈕 ，接受默認(rèn)名稱Load1，在reference下選擇point(s)，選擇PNT2（PNT2是我們做的基準(zhǔn)點，為球頭銑刀的頂點），由于球頭立銑刀受力與平頭銑刀受力不同，球頭銑刀受力集中在球頭的頂部，有由于其頂部幾乎不受切向的力，所以我們這里把切向力設(shè)為0?？梢钥闯觯?04N/mm2。為此將每一幅圖的縱坐標(biāo)的設(shè)置都相應(yīng)的改動一下，改動的原則與方法參見二齒平頭立銑刀，橫坐標(biāo)改為4e+007，縱坐標(biāo)改為5e+006。分別對芯厚1和芯厚2做全局靈敏度分析后。 變形Fig The Displacement 應(yīng)力Fig The Stress。第五章結(jié)論通過此次設(shè)計，我們可以得到以下結(jié)論：1． 在變形圖，應(yīng)力云圖中，我們可以很清楚的看到了在三維立銑刀模型圖中，刀齒在受到切向和徑向力及軸向力的作用下，有了明顯的變形，基本符合我們的設(shè)想，應(yīng)力云圖中，刀尖附近應(yīng)力集中，實際生產(chǎn)中刀具刀尖部位最易損壞，所以分析結(jié)果符合實際情況。附錄：英文資料及翻譯計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)基本上是一種設(shè)計工具，計算機(jī)是用來分析所設(shè)計的產(chǎn)品的各個方面。物體的圖形通常顯示在陰極線管屏幕上（CRT）。對CAD系統(tǒng)來說，交互式圖形系統(tǒng)就算不是必要的，也已經(jīng)是很有價值的工具。由于計算機(jī)定義物體時沒有考慮圖的透視效果，它顯示出物體的所有面，而不考慮這些面是在朝向觀測者的一面還是位于通常人眼無法看到的背面。但是每次變化都保留零件所有的幾何特征。最近的CAD系統(tǒng)使用了壓力有限元分析法。二維繪圖CAD使多視圖的二維繪圖成為可能，視圖空間可以從微米到米的比例范圍內(nèi)無限變化。三維繪圖隨著三維建模的出現(xiàn)，設(shè)計者具有了更多的自由度。在線框模型中，直線和圓弧構(gòu)成了模型邊界。曲面模型普遍用于構(gòu)建板金的展開和重疊以用于制造。它能夠由任何材料構(gòu)成并呈現(xiàn)其材料特性，因此，能夠進(jìn)行質(zhì)量計算。CAM可分為兩種主要類型：（1）在線應(yīng)用，即用計算機(jī)實時控制加工系統(tǒng)，比如計算機(jī)數(shù)字控制（CNC）以及機(jī)床的自適應(yīng)（AC）；（2）離線應(yīng)用，即在產(chǎn)品的規(guī)劃以及非實時輔助零件加工時使用計算機(jī)。CAD/CAM系統(tǒng)中的主要構(gòu)想是生成可用于所有設(shè)計及加工動作的通用數(shù)據(jù)庫。所需計算機(jī)系統(tǒng)的大小及容量取決于產(chǎn)品的復(fù)雜程度。如今CAD/CAM系統(tǒng)的主要用戶是航天工業(yè)及汽車工業(yè)。最近幾年CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)提高了工業(yè)生產(chǎn)率。因為工程中的大多數(shù)設(shè)計任務(wù)都是可定量的，所以實踐上，為了快速找到一些可供選擇的設(shè)計方案。優(yōu)化設(shè)計是以理論數(shù)學(xué)的方法為基礎(chǔ)，改進(jìn)那些對于工程師來說過于復(fù)雜的設(shè)計，使其設(shè)計過程自動化。觀察一下作為零件優(yōu)化設(shè)計過程，使它變的更容易理解。而最后一步，反復(fù)自動調(diào)節(jié)設(shè)計作業(yè)。因為在優(yōu)化循環(huán)過程中，課題的幾何條件和網(wǎng)格會改變，所以優(yōu)化程序必須包含誤差估計和自適應(yīng)控制。為了易于確定而利用下列參數(shù)作為約束和 目標(biāo)函數(shù)的附加特性條件，也將是需要的：重量、體積、位移、應(yīng)力、應(yīng)變、頻率、翹曲安全系數(shù)、溫度、溫度梯度和熱通量。甚至更重要的是通過說明重量或者成本應(yīng)因素，就應(yīng)該能反映該模式的各個部分的重要性。當(dāng)理論上的載荷力加到零件上時、通過計算機(jī)進(jìn)行有限元分析或者在監(jiān)視器上顯示一個城市的整體規(guī)劃時，這兩者都是既費時又計算最大的任務(wù)。存儲計算機(jī)能夠在物理中存儲上千幅圖，這空間能夠存儲上百幅手工圖。計算機(jī)可以在屏幕上以不同方式顯示數(shù)據(jù)，如圖形，并能方便地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可讀圖形。它可以不顧疲勞的不斷地重復(fù)同一個數(shù)據(jù)輸出。某些圖形一旦畫成，它就不必再畫，因為物體可以被復(fù)制、延伸、改變尺寸并且在不重畫的情況下，可以多種形式加以修改。一盎司的保護(hù)等于一磅