【正文】 面來看，發(fā)展也還很不平衡。我國的計(jì)算機(jī)分析軟件開發(fā)是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重地制約了 CAE技術(shù)的發(fā)展。計(jì)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。相比之下，我國自己民族的軟件工業(yè)還非常弱小 ，僅占有很少量的市場份額。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。提高我國工業(yè)企業(yè)的科學(xué)技術(shù)水平，將 CAE技術(shù)廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)與制造過程還是一項(xiàng)相當(dāng)艱巨的工作。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(shí)體＋曲面）上進(jìn)行加工編程，生成正確的加工軌跡。其特是面向局部曲面的加工方式，表現(xiàn)為編程的難易程度與零件的復(fù)雜程度直接相 關(guān)，而與產(chǎn)品的工藝特征、工藝復(fù)雜程度等沒有直接相關(guān)關(guān)系。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(dòng)化、智能化的現(xiàn)有水平。系統(tǒng)將能夠按照工藝要求自動(dòng)識別并提取所有的工藝特征及具有特定工藝特征的區(qū)域，使 CAD/CAE/CAM 的集成化、自動(dòng)化、智能化達(dá)到一個(gè)新的水平。同時(shí)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(yùn)用成為可能。較領(lǐng)先的 CAM 系統(tǒng)已經(jīng)具有 CAPP 開發(fā)環(huán)境或可編輯式工藝模板，可由有經(jīng)驗(yàn)的工藝人員對產(chǎn)品進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)， CAM 系統(tǒng)可按工藝規(guī)程全自動(dòng)批次處理。 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。 Pro/E 是一套具有優(yōu)秀的三維造型功能、強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)和同意數(shù)據(jù)庫 管理等特點(diǎn)的 CAD 軟件。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(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)。具體包括： 1）通過靜力分析，得到銑刀的受力和變形的初步分析結(jié)果； 2）通過局部靈敏 度分析，挑選出對剛度影響較大的參數(shù)； 3）通過全局靈敏度分析，挑選出影響剛度的參數(shù)變化范圍。 6 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(shí)現(xiàn)流程 高精度數(shù)控刀具 CAD/CAM 系統(tǒng)簡介 高精度數(shù)控刀具 CAD/CAM系統(tǒng)的框架如圖 ，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++。 （ 2） CAD子系統(tǒng)：基于 Pro/ E開發(fā)環(huán)境，利用 Pro/ Toolkit和 ACCESS開發(fā)工具Visual C++“ CAD子系統(tǒng)”。 （ 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)。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宏程圖 CAD/CAM系統(tǒng)框架 Fig The Framework Of High Accuracy NC Cutting Of CAD/ CAM System C A D C A E共 用 產(chǎn) 品 數(shù) 據(jù) 庫設(shè)計(jì)參數(shù)庫設(shè)計(jì)工具數(shù)據(jù)庫圖形庫 程序庫 文件庫高精度數(shù)控刀具 CAD / CAM 集成系統(tǒng)???C A M 7 序； 3)實(shí)現(xiàn)對報(bào)表的打印和 NC代碼傳輸?shù)裙δ堋? CAE 子系統(tǒng)的框架 及實(shí)現(xiàn)流程 CAE 子系統(tǒng)框架圖如圖 所示。靈敏度分析是對優(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。 1988年， 的 Pro/ENGINEER誕生了。目前已經(jīng)發(fā)布了 Pro/ENGINEER2021i2。 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。 8 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。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。這些特征是一些普通的機(jī)械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。 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。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。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。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。 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、評價(jià)和修改產(chǎn)品的多種設(shè)計(jì)概念。 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/FEATURE 允許產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)工具，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。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 9 質(zhì)量的與物理原型非常匹配的模型。 Pro/MECHANICA 進(jìn)行有限元分析。一旦網(wǎng)格劃分完成，模型可以輸出到先導(dǎo) FEA程序中。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。 除此以外還有很多模塊，由于篇幅限制，就不贅述了。該軟件可以實(shí)現(xiàn)和 Pro/ENGINEER的完全無縫集成。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。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。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。所謂設(shè)計(jì)研究是指針對特定模型用戶定義的一個(gè)或者一系列要解決的問題。 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、最簡單的設(shè)計(jì)研究類型，至少包含一個(gè)分析任務(wù)。 （ 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。用戶可以用靈敏度分析來研究哪些設(shè)計(jì)參數(shù)對模型的應(yīng)力或質(zhì)量影響較大。 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。 。 。 。 、平價(jià)計(jì)算結(jié)果。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： 。 。 。 。 。 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。 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。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。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。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。 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。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。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。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。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。 （ 2）對稱銑削與不對稱銑削 ① 對稱銑削 為端銑的一種方式。銑淬硬剛時(shí)應(yīng)采用這種方式。切入時(shí)厚度最小，切出時(shí)最大。 ③ 不對稱順銑 切入時(shí)厚度較大，切出時(shí)厚度較小。 13 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。下面以二齒平頭立銑刀為例，介紹它的設(shè)計(jì)參數(shù) 。 表 Table The Parameter Table of End Milling Cutter 參數(shù) 序號 1 刃徑 (d1) DR1 14(mm) 柄徑 (d2) DB2 16 頸徑 (d3) DJ3 14 總長 ( l ) LL 90 頸長 ( l1 ) L1 60 頸角 (θ ) ST 15176。 表 溝槽 1設(shè)計(jì)參數(shù) Table The Parameter Of Flute One 3．螺旋溝槽 2及周刃后角設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)見表 ，草繪截面如圖 。 周刃 后角 2 (Zα 2) ZALF2 30176。 芯厚 1 ( dx1 ) DXH1 芯厚 2 ( dx2 ) DXH2 容屑槽半徑 ( r1 ) R1 2 齒背弧半徑 ( r2 ) R2 6 切削刃長（ l2） L2 30 15 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。 （ 2） 設(shè)定工作目錄 。如圖 。 “一般，草繪截面，完成”然 后選擇“光滑，完成”再選草繪平面“ TOP面，正向， 缺省”進(jìn)入草繪界面。然后點(diǎn)擊 ， 系統(tǒng)提示是否繼續(xù)下一截面，回答 Yes。共創(chuàng)建 40個(gè)截面。 2. 模型的參數(shù)化 圖 1 Cutting One 圖 剪切 2 Cutting Two 17 （ 1）設(shè)置參數(shù)： 單擊“工具 參數(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。關(guān)系如圖 。 ： 由于刀體在加工過程中被夾具固定，所以將 6 個(gè)自由度完全固定。 （ 2）單擊鼠標(biāo)中鍵返回約束對話框， 要對刀柄完全約束 ,因此接受默認(rèn)的方式，單擊 ok 按鈕完成約束定義。 20 （ 2）單擊鼠標(biāo)中鍵返回載荷定義對話框，在 force 一欄輸入徑向載荷 27軸向載荷 1586和切向力 1983。 靜態(tài)分析 1. 網(wǎng)格劃分： （ 1） 改變 AutoGEM參數(shù)設(shè)置： 點(diǎn)選“自動(dòng)幾何 設(shè)置 ” ，打開 AutoGEM SETTING對話框，再次對話框 的中上部選擇 Limits，然后將允許的最小角度由原來的值 5都改為 16，單擊 ok完成設(shè)置的修改。 圖 劃分網(wǎng)格結(jié)果對話框 圖 靜態(tài)分析任務(wù)定義對話框 Fig . AutoGEM Summary Fig . Static state analyse 2. 建立、運(yùn)行靜態(tài)分析任務(wù)： （ 1） 在 MEC STRUCT菜單中選擇圖標(biāo) ，在彈處的 Analtes and Design Studies對話框中選擇 FileNew Static，彈出靜態(tài)分析任務(wù)定義對話框。 （ 3） 單擊 ok按鈕完成經(jīng)態(tài)分析任務(wù)的定義。 21 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。 圖 結(jié)果定義 （ 3）單擊 ok 按鈕完成應(yīng)力結(jié)果窗口定義。 （ 5）單擊 ok 按鈕完成變形結(jié)果窗口的定義。 從圖 中可以看出，最大應(yīng)力為 +07MPA。 從圖 可以看出，最大變形為 +04mm。 進(jìn)行局部靈敏度分析，可以較容易地知道那些參數(shù)對性能影響較大，從而縮小研究范圍。 進(jìn)行全局靈敏度分析，可以確定參數(shù)對模型某一性能的整體影響，尤其對于參數(shù)在變化過程中可能引起性能發(fā)生突變時(shí)，該方法就顯得尤為重要了。因此，如果將全局靈敏度分析和局部靈敏度分析結(jié)合起來，就取得事半功倍的效果。 （ 2）對于那些對模型性能影響大的參數(shù)，進(jìn)行全局靈敏度分析。 b. 單擊 Create ...按鈕新建一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，系統(tǒng)彈出設(shè)計(jì)參數(shù)對話框，如圖 所示。