【正文】 設(shè)計(jì)過程—設(shè)計(jì)構(gòu)想、初步設(shè)計(jì)及最終設(shè)計(jì)。 優(yōu)化前 優(yōu)化后 Before optimization After optimization 結(jié)果分析 通過以上分析，我們可以看出，應(yīng)用有限元分析的方法可以通過優(yōu)化參數(shù)大小以達(dá)到優(yōu)化模型的效果。圖 Fig . DXH2ZR1_DRGC1圖 Fig . DXH1ZR1_DRGC1Fig ZGAMZR1_DRGC1從這些圖中可以看出，周前角對(duì)應(yīng)力幾乎沒有影響，芯厚2對(duì)應(yīng)力有一定影響，芯厚1對(duì)模型所受的應(yīng)力影響非常顯著。（2）單擊鼠標(biāo)中鍵返回載荷定義對(duì)話框，在force 一欄輸入徑向載荷198軸向載荷1586和切向力0。d. 在Display type中選擇Fringe，在Quantity中選擇Stress（Displacement），在Component中選擇von Mises，在Display Option選項(xiàng)中勾選Continuous Tone.e. 單擊ok and show 按鈕顯示結(jié)果。k. ，單擊圖標(biāo) ，開始分析計(jì)算。b. 在Analyse and Design Studies對(duì)話框中選擇FileNew Design Study…c. 系統(tǒng)彈出設(shè)計(jì)分析定義對(duì)話框。j. 確認(rèn)Graph Location 的選項(xiàng)為Design Var，在下方選擇設(shè)計(jì)參數(shù)ZGAM。b. 單擊 圖標(biāo)開始分析計(jì)算。3. 全局靈敏度分析步驟一：建立全局靈敏度分析任務(wù) 在局部靈敏度分析中已經(jīng)粗略地研究了模型應(yīng)力隨參數(shù)的變化而發(fā)生變化情況，并篩選了兩個(gè)參數(shù)做進(jìn)一步研究。 圖 周前角Fig . ZGAM圖 芯厚1 DXH1圖 二次后角 ZALF2 圖 芯厚2 DXH2，五個(gè)影響曲線圖的縱坐標(biāo)變化范圍不相同，不方便進(jìn)行比較。e. 單擊ok按鈕完成結(jié)果窗口1的定義。b. 在Analyse and Design Studies對(duì)話框中選擇FileNew Design Study…c. 系統(tǒng)彈出設(shè)計(jì)分析定義對(duì)話框。（2）對(duì)于那些對(duì)模型性能影響大的參數(shù)，進(jìn)行全局靈敏度分析。，+04mm。3. 顯示靜態(tài)計(jì)算結(jié)果：（1） 選擇圖標(biāo) ，系統(tǒng)彈出結(jié)果后處理主界面。（2）單擊鼠標(biāo)中鍵返回載荷定義對(duì)話框，在force 一欄輸入徑向載荷27軸向載荷1586和切向力1983。2. 模型的參數(shù)化（1）設(shè)置參數(shù)：?jiǎn)螕簟肮ぞ邊?shù)”，按照前面的設(shè)計(jì)參數(shù)填寫此表，填寫完畢，單擊確定，完成參數(shù)的設(shè)置。（3）建模，步驟如下：。倒角 ( k )K 刀體 The Body 2．螺旋溝槽1及周刃前角設(shè)計(jì)。銑削碳鋼和合金鋼時(shí)，可減小切入沖擊，提高使用壽命。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?，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。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]。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。因此，可以說(shuō)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(lái)，從而實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)。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(lái)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。Pro/MESH可以生成高精度的曲面幾何模型，并能夠直接傳送到機(jī)械設(shè)計(jì)和/或原型制造中。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。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。下面就Pro/ENGINEER的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。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)。其主要功能是根據(jù)用戶的不同工作要求實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)資源（如產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)、文件庫(kù)等）的合理配置、調(diào)用、檢索、管理以及對(duì)各系統(tǒng)模塊的協(xié)調(diào)和管理等。想要實(shí)現(xiàn)對(duì)它的建模和分析，必須要有一個(gè)集CAD、CAM及CAE于一體的軟件，才能完好的實(shí)現(xiàn)。CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)將體現(xiàn)在以下幾方面：（1）面向?qū)ο?、面向工藝特征的結(jié)構(gòu)體系 傳統(tǒng)CAM曲面為目標(biāo)的體系結(jié)構(gòu)將被改變成面向整體模型（實(shí)體）、面向工藝特征的結(jié)構(gòu)體系。這是因?yàn)?，一方面我們?nèi)鄙僮约洪_發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的計(jì)算機(jī)分析軟件，另一方面還大量缺乏掌握CAE技術(shù)的科技人員。研究和應(yīng)用的領(lǐng)域以及分布的行業(yè)和地區(qū)還很有限，現(xiàn)在還主要局限于少數(shù)具有較強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的大型企業(yè)、部分大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)。在北美、歐洲和亞洲一些國(guó)家的機(jī)械、化工、土木、水利、材料、航空、船舶、冶金、汽車和電氣工業(yè)設(shè)計(jì)等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)向更高速和更小型化的發(fā)展和分析軟件的不斷開發(fā)和完善，CAE技術(shù)的應(yīng)用將愈來(lái)愈廣泛并成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)水平和工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。當(dāng)設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型時(shí)，多采用參數(shù)化建模技術(shù)，而當(dāng)設(shè)計(jì)對(duì)象需要更大的修改自由度時(shí)，則采用變量化建模技術(shù)。 CAD系統(tǒng)概述先進(jìn)的CAD系統(tǒng)均由硬件和軟件兩大系統(tǒng)組成。有限元分析可完成力學(xué)分析（線性、非線性、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)）、場(chǎng)分析（熱場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等）、頻率響應(yīng)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)硬件及輸人、輸出設(shè)備也有較大發(fā)展，32位的工作站可以和小型機(jī)、甚至中型機(jī)相媲美，價(jià)格低廉的彩色光柵圖形顯示器占據(jù)統(tǒng)治地位，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲得以廣泛應(yīng)用，所有這些都大大促進(jìn)了CAD/CAM的更大發(fā)展。20世紀(jì)50年代中期，MIT研制開發(fā)了自動(dòng)編程語(yǔ)言(APP)提出了被加工零件的描述、刀具軌跡的計(jì)算、后置處理及數(shù)控指令自動(dòng)生成等CAM基本技術(shù)。② 20世紀(jì)60年代前期的研制試驗(yàn)階段此階段是交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展的最重要時(shí)期。20世紀(jì)7080年代是CAE技術(shù)蓬勃發(fā)展時(shí)期，出現(xiàn)了大量的機(jī)械軟件，軟件的開發(fā)主要集中在計(jì)算精度、硬件及速度平臺(tái)的匹配、計(jì)算機(jī)內(nèi)存的有效利用及磁盤空間利用上，而且有限元分析技術(shù)在結(jié)構(gòu)和場(chǎng)分析領(lǐng)域獲得了很大的成功。是為數(shù)控機(jī)床服務(wù)的。按照設(shè)計(jì)模型的不同，CAD系統(tǒng)分為二維CAD和三維CAD系統(tǒng)。常用的軟件有：UG、I DEAS、SOLIDWORKS、SOLIDEDGE、MDT、Pro/E 等，Pro/E 是最成功的一種設(shè)計(jì)軟件[16]。CAE指的是初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段中的模擬分析計(jì)算。在許多行業(yè)中，計(jì)算機(jī)輔助分析已經(jīng)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shí)施。計(jì)算機(jī)軟件是高技術(shù)和高附加值的商品，目前的國(guó)際市場(chǎng)為美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷。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(lái)的參數(shù)化、全相關(guān)的三維幾何模型（實(shí)體＋曲面）上進(jìn)行加工編程，生成正確的加工軌跡。同時(shí)也具有對(duì)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(kù)、知識(shí)庫(kù)、材料庫(kù)和刀具庫(kù)，使工藝知識(shí)積累、學(xué)習(xí)、運(yùn)用成為可能。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(duì)象，將有限元設(shè)計(jì)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(jì)。（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(duì)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)。1988年。（1）全相關(guān)性：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。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。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/MFG該軟件可以實(shí)現(xiàn)和Pro/ENGINEER的完全無(wú)縫集成。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。概括地說(shuō)，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。、平價(jià)計(jì)算結(jié)果。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。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。（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。 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。 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?！安堇L數(shù)據(jù)來(lái)自文件”，選擇草繪截面1打開。 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(duì)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(duì)話框，單擊Close按鈕關(guān)閉對(duì)話框。?。?）點(diǎn)選“自動(dòng)幾何創(chuàng)建”，打開網(wǎng)格劃分對(duì)話框，點(diǎn)擊create，開始網(wǎng)格的劃分，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)information對(duì)話框，單擊確定，然后開始劃分網(wǎng)格。 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(duì)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(xiàng)中勾選Continous Tone。（2）全局靈敏度分析（Global Sensitivity） 使用這種方法可以選擇一個(gè)或多個(gè)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(jì)參數(shù)的變化情況。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(gè)尺寸。 f. 單擊 圖標(biāo)開始分析計(jì)算。g. 定義ZALF2結(jié)果窗口。+007，最大值為2e+006。b. 在Analyse and Design Studies對(duì)話框中選擇FileNew Design Study…c. 系統(tǒng)彈出設(shè)計(jì)分析定義對(duì)話框。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。m. 單擊結(jié)果窗口上的命令圖標(biāo) ，在彈出的結(jié)果對(duì)話框中選要顯示的窗口。單擊Accept按鈕。芯厚1的值為10，二次后角的值為50時(shí)模型受應(yīng)力最小。 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(jì)是一樣的，過程也不再講述了?？梢钥闯?，+04N/mm2。分別對(duì)芯厚1和芯厚2做全局靈敏度分析后。第五章結(jié)論通過此次設(shè)計(jì)，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(shí)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(shí)際情況。物體的圖形通常顯示在陰極線管屏幕上（CRT）。由于計(jì)算機(jī)定義物體時(shí)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(cè)者的一面還是位于通常人眼無(wú)法看到的背面。最近的CAD系統(tǒng)使用了壓力有限元分析法。三維繪圖隨著三維建模的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)者具有了更多的自由度。曲面模型普遍用于構(gòu)建板金的展開和重疊以用于制造。CAM可分為兩種主要類型：（1）在線應(yīng)用，即用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制加工系統(tǒng)，比如計(jì)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(shí)時(shí)輔助零件加工時(shí)使用計(jì)算機(jī)。所需計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的大小及容量取決于產(chǎn)品的復(fù)雜程度。最近幾年CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)提高了工業(yè)生產(chǎn)率。優(yōu)化設(shè)計(jì)是以理論數(shù)學(xué)的方法為基礎(chǔ)，改進(jìn)那些對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)過于復(fù)雜的設(shè)計(jì)，使其設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化。而最后一步，反復(fù)自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)作業(yè)。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。當(dāng)理論上的載荷力加到零件上時(shí)、通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行有限元分析或者在監(jiān)視器上顯示一個(gè)城市的整體規(guī)劃時(shí)，這兩者都是既費(fèi)時(shí)又計(jì)算最大的任務(wù)。計(jì)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。某些圖形一旦畫成，它就不必再畫，因?yàn)槲矬w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