基于promechanica的數(shù)控立銑刀優(yōu)化設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　第一章 CAD/CAE/CAM的簡述</p><p>　　1.1 CAD/CAE/CAM的發(fā)展歷程</p><p>　　1963年美國教授I.E. Su terland成功研制出了世界上第1套實(shí)時交互的計算機(jī)圖形系統(tǒng)SKETCHPAD，它標(biāo)志著CAD技術(shù)的誕生。在1952年美國MIT試制成功了世界上第1臺數(shù)控銑床，解決了復(fù)雜零件的加工自動化，促使了數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展。

2、20世紀(jì)50年代中期，MIT研制開發(fā)了自動編程語言(APP)提出了被加工零件的描述、刀具軌跡的計算、后置處理及數(shù)控指令自動生成等CAM基本技術(shù)。從此以后，CAD技術(shù)與CAM技術(shù)便相輔相成地發(fā)展起來，在過去的40多年中，CAD/CAM技術(shù)經(jīng)歷了如下四個主要發(fā)展階段【14~15】：</p><p>　?、?20世紀(jì)50年代的初始準(zhǔn)備階段美國麻省理工學(xué)院(MIT)于1950年在“旋風(fēng)”計算機(jī)上采用陰極射線管(CRT)做

3、成圖形終端，并能顯示圖形。50年代后半期出現(xiàn)了光筆，由此開始了交互式計算機(jī)圖形學(xué)的研究。</p><p>　?、?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算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展的最重要時期。該時期較著名的交互式系統(tǒng)有：1963年美國學(xué)者Ivan.Su therland研究的“sketchpad”系統(tǒng)；1964年美國通用汽車公司的“DAC一1”系統(tǒng)；1965年洛克希德公司推出的“CAD/CAM”系統(tǒng)，貝爾電話公司

4、的“GRAPHIC一1”系統(tǒng)等，但當(dāng)時刷新式顯示器價格十分昂貴，CAD系統(tǒng)因此難以普及。</p><p>　?、?20世紀(jì)60年代末至70年代的商品化階段交互圖形技術(shù)日益成熟并得到廣泛應(yīng)用，此時期CAD/CAM的發(fā)展著重于繪圖技術(shù)，幾何模型化及工程分析研究工作，仍以分離的單個軟件應(yīng)用為主。此時它們大多是6位機(jī)上的三維線框系統(tǒng)及二維繪圖系統(tǒng)，只能解決一些簡單的產(chǎn)品設(shè)計問題。</p><p>

5、　　④ 20世紀(jì)80年代后的迅速發(fā)展階段20世紀(jì)80年代工業(yè)界開始認(rèn)識到CAD/CAM新技術(shù)的重要性，大量推出新原理、新方法、新軟件，并把單一功能軟件集成，使之不但能繪制工程圖形，而且能進(jìn)行自由曲面設(shè)計、有限元分析、三維造型、機(jī)構(gòu)及機(jī)器人分析與仿真等多種應(yīng)用。與此同時，計算機(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，價格低廉的彩色光柵圖形顯示器占據(jù)統(tǒng)治地位，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲得以廣泛應(yīng)用，所有這些都大大促

6、進(jìn)了CAD/CAM的更大發(fā)展。30年來，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的CAD技術(shù)不斷創(chuàng)新、完善，逐步發(fā)展形成一個從研究開發(fā)、生產(chǎn)制造到推廣應(yīng)用和銷售服務(wù)的完整的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　CAE技術(shù)比起CAD、CAM發(fā)展得晚，在20世紀(jì)60-70年代，處于探索階段，有限元技術(shù)主要針對結(jié)構(gòu)分析問題進(jìn)行發(fā)展，以解決航空航天技術(shù)發(fā)展過程中所遇到的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度以及模擬實(shí)驗(yàn)和分析。20世紀(jì)70-80年代是CAE技術(shù)蓬勃發(fā)展時期，出

7、現(xiàn)了大量的機(jī)械軟件，軟件的開發(fā)主要集中在計算精度、硬件及速度平臺的匹配、計算機(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)和場分析領(lǐng)域獲得了很大的成功。20世紀(jì)90年代CAE技術(shù)逐漸成熟壯大，軟件的發(fā)展向與各CAD軟件的專用接口和增強(qiáng)軟件的前后置處理能力方向發(fā)展，使CAE走上了CAD/CAE/CAM集成的道路。</p><p>　　1.2 CAD/CAE/CAM的概念、作用和關(guān)系</p>

8、<p>　　CAD在早期是英文Computer Aided Drafting（計算機(jī)輔助繪圖）的縮寫，隨著計算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，人們逐步地認(rèn)識到單純使用計算機(jī)繪圖還不能稱之為計算機(jī)輔助設(shè)計，真正的設(shè)計是整個產(chǎn)品的設(shè)計，它包括產(chǎn)品的構(gòu)思、功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、加工制造等。二維工程圖設(shè)計只是產(chǎn)品設(shè)計中的一小部分，于是CAD的縮寫也由Computer Aided Drafting改為Computer Aided Design，C

9、AD也不再僅僅是輔助繪圖，而是整個產(chǎn)品的輔助設(shè)計。</p><p>　　CAE（Computer Aided Engineering）通常指有限元分析和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析。有限元分析可完成力學(xué)分析（線性、非線性、靜態(tài)、動態(tài)）、場分析（熱場、電場、磁場等）、頻率響應(yīng)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。機(jī)構(gòu)分析能完成機(jī)構(gòu)內(nèi)零部件的位移、速度、加速度和力的計算，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動模擬及機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。</p><p>

10、　　CAM（Computer Aided Manufacture）可完成自動生成零件加工的數(shù)控代碼，并可進(jìn)行加工過程的動態(tài)模擬、干涉和碰撞檢查等。是為數(shù)控機(jī)床服務(wù)的。</p><p>　　CAD是CAE和CAM的基礎(chǔ)。在CAE中無論是單個零件、還是整機(jī)的有限元分析及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析，都需要CAD為其造型、裝配；在CAM中，則需要CAD進(jìn)行曲面設(shè)計、復(fù)雜零件造型和模具設(shè)計。在CAD中對零件及部件所做的任何改變，都會在

11、CAE和CAM中有所反應(yīng)。所以如果CAD開展的不好，CAE和CAM就很難做好。</p><p>　　1.3 CAD系統(tǒng)概述</p><p>　　先進(jìn)的CAD系統(tǒng)均由硬件和軟件兩大系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是由計算機(jī)及其外圍設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)組成。軟件系統(tǒng)是由支持軟件和應(yīng)用軟件組成。按照設(shè)計模型的不同，CAD系統(tǒng)分為二維CAD和三維CAD系統(tǒng)。二維建模是最初的CAD技術(shù)依賴幾何模型來解決二維繪圖問題的，之后

12、發(fā)展為三維的幾何建模技術(shù)。三維幾何建模方法有線框建模、表面建模和實(shí)體建模。由于三維CAD系統(tǒng)的建模包含了很多的實(shí)際結(jié)構(gòu)特征，使用三維CAD造型工具進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時，更能反映實(shí)際產(chǎn)品的構(gòu)造及制造過程。隨著幾何建模技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的要求，出現(xiàn)了參數(shù)化和變量化的建模技術(shù)，并日趨廣泛使用。當(dāng)設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型時，多采用參數(shù)化建模技術(shù)，而當(dāng)設(shè)計對象需要更大的修改自由度時，則采用變量化建模技術(shù)。</p><p>　

13、　機(jī)器的運(yùn)動仿真及分析，是采用CAD系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。對設(shè)計模型進(jìn)行仿真和分析，模擬真實(shí)環(huán)境中的工作狀況進(jìn)行分析和判斷，以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷（如：零件結(jié)構(gòu)中應(yīng)力、應(yīng)變分布是否合理、運(yùn)動副運(yùn)動中的干涉狀況等）和潛在的失敗因素，提前進(jìn)行改善和修正，從而有效地減少了設(shè)計周期，也為優(yōu)化設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)。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)計軟件[16

14、]。</p><p>　　1.4 CAE系統(tǒng)概述</p><p><b>　　1.4.1 概述</b></p><p>　　近20年來，在市場需求的推動下，CAE技術(shù)有了長足的發(fā)展。隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，極大地推動了相關(guān)學(xué)科研究和產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。CAE作為一項(xiàng)跨學(xué)科的數(shù)值模擬分析技術(shù)，越來越受到科技界和工程界的重視。21世紀(jì)，是信息和網(wǎng)絡(luò)的時

15、代。隨著計算機(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)用將愈來愈廣泛并成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)水平和工業(yè)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。大力推進(jìn)我國計算機(jī)輔助工程技術(shù)的科學(xué)研究和工業(yè)化應(yīng)用勢在必行[17]。</p><p>　　1.4.2 CAE系統(tǒng)的主要功能</p><p>　　產(chǎn)品的生產(chǎn)過程均可分為初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備和制造四個階段。CAE指的是初步設(shè)計和詳

16、細(xì)設(shè)計兩個階段中的模擬分析計算。CAE系統(tǒng)所具有的主要功能：1）基于幾何模型的CAE系統(tǒng)可以很容易地計算零件的質(zhì)量參數(shù)；2）具有機(jī)構(gòu)分析功能的CAE系統(tǒng)，可以檢查機(jī)構(gòu)的運(yùn)動是否與設(shè)想的一致，以及在運(yùn)動過程中是否發(fā)生碰撞，即進(jìn)行干涉效驗(yàn)；3）基于數(shù)理模型的CAE系統(tǒng)，利用有限元法、邊界元法和模態(tài)分析法，可以對所設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)度分析、振動分析和熱分析。</p><p>　　1.4.3 國外CAE技術(shù)概況</p

17、><p>　　衡量CAE技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一是分析軟件的開發(fā)和應(yīng)用。目前，一些發(fā)達(dá)國家在這方面已達(dá)到了較高的水平，僅以有限元分析軟件為例，國際上不少先進(jìn)的大型通用有限元計算分析軟件的開發(fā)已達(dá)到較成熟的階段并已商品化，如ABAQUS、ANSYS和NASTRAN等。這些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(shí)際算例的反復(fù)驗(yàn)證，其解決復(fù)雜問題的能力和

18、效率，已得到學(xué)術(shù)界和工程界的公認(rèn)。在北美、歐洲和亞洲一些國家的機(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)計等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。就CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用而言，西方發(fā)達(dá)國家目前已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化階段。通過CAE與CAD、CAM等技術(shù)的結(jié)合，使企業(yè)能對現(xiàn)代市場產(chǎn)品的多樣性、復(fù)雜性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等做出迅速反應(yīng)，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭能力。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

19、工藝規(guī)范加以實(shí)施。</p><p>　　1.4.4 我國CAE技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　隨著我國科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化水平的提高，計算機(jī)輔助工程技術(shù)也在我國蓬勃發(fā)展起來。近年來，我國的CAE技術(shù)研究開發(fā)和推廣應(yīng)用在許多行業(yè)和領(lǐng)域已取得了一定的成績。但從總體來看，研究和應(yīng)用的水平還不能說很高，某些方面與發(fā)達(dá)國家相比仍存在不小的差距。從行業(yè)和地區(qū)分布方面來看，發(fā)展也還很不平衡。研究和應(yīng)用的領(lǐng)域以及

20、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)。我國的計算機(jī)分析軟件開發(fā)是一個薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重地制約了CAE技術(shù)的發(fā)展。在CAE分析軟件開發(fā)方面，我國目前至少落后于美國等發(fā)達(dá)國家十年。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。僅以有限元計算分析軟件為例，目前的世界年市場份額達(dá)50億美元，并且以每年15%的速度遞增。相比之下，我國自己民族的軟件工業(yè)還非常弱小，僅占

21、有很少量的市場份額。我國的工業(yè)界在CAE技術(shù)的應(yīng)用方面與發(fā)達(dá)國家相比水平還比較低。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。這是因?yàn)?，一方面我們?nèi)鄙僮约洪_發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的計算機(jī)分析軟件，另一方面還大量缺乏掌握</p><p>　　1.5 CAM系統(tǒng)概述</p><p>　　CAM中的核心技術(shù)是數(shù)控技術(shù)，編制零件加工程序是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的重

22、要環(huán)節(jié)，靠手工編程無法滿足復(fù)雜零件數(shù)控加工的需求，50年代初期，美國開始了數(shù)控自動編程技術(shù)-APT語言的研究，形成了早期的CAM系統(tǒng)；如20世紀(jì)60年代開發(fā)的編程機(jī)及部分編程軟件∶FANUC、Siemens編程機(jī)。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。典型的CAM系統(tǒng)有UG、Pro/E、C

23、imatron 、MasterCAM等。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。CAM系統(tǒng)僅以CAD模型的局部幾何特征為目標(biāo)對象的基本處理形式，已經(jīng)成為智能化、自動化水平進(jìn)一步發(fā)展的制約因素。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。</p><p>　　CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在

24、以下幾方面：</p><p>　　（1）面向?qū)ο?、面向工藝特征的結(jié)構(gòu)體系</p><p>　　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。系統(tǒng)將能夠按照工藝要求自動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、自動化、智能化達(dá)到一個新的水平。</p><p>　?。?）基于知識的智能化系

25、統(tǒng) 未來的CAM系統(tǒng)不僅可繼承并智能化地判斷工藝特征，而且具有模型對比、殘余模型分析與判斷功能，使刀具路徑更優(yōu)化，效率更高。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(yùn)用成為可能。</p><p>　?。?）提供更方便的工藝管理手段 CAM的工藝管理是數(shù)控生產(chǎn)中至關(guān)重要的一環(huán)，未來CAM系統(tǒng)

26、的工藝管理樹結(jié)構(gòu)，為工藝管理及即時修改提供了條件。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，CAM系統(tǒng)可按工藝規(guī)程全自動批次處理。據(jù)報道，未來的CAM系統(tǒng)將能自動生成圖文并茂的工藝指導(dǎo)文件，并能以超文本格式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)瀏覽。</p><p>　　1.6 本課題的提出和研究內(nèi)容</p><p>　　高精度數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而且在精度

27、、可靠性和壽命等方面都有很高的要求。想要實(shí)現(xiàn)對它的建模和分析，必須要有一個集CAD、CAM及CAE于一體的軟件，才能完好的實(shí)現(xiàn)。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)計和同意數(shù)據(jù)庫管理等特點(diǎn)的CAD軟件。本課題提出了“基于Pro/MECHANICA的立銑刀有限元分析”的研究課題。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/

28、MECHANICA的刀具優(yōu)化設(shè)計。具體研究內(nèi)容如下：</p><p>　?。?）建立數(shù)控立銑刀的三維設(shè)計模型；</p><p>　?。?）在三維模型的基礎(chǔ)上，基于Pro/MECHANICA模塊完成數(shù)控立銑刀結(jié)構(gòu)的有限元分析。具體包括：</p><p>　　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；</p><p>　　2）通過局部

29、靈敏度分析，挑選出對剛度影響較大的參數(shù)；</p><p>　　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。</p><p>　　（3）對有限元結(jié)果進(jìn)行分析，得到優(yōu)化的設(shè)計模型，完成刀具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。</p><p>　　第二章 基于Pro/E的有限元分析原理</p><p>　　2.1 CAE子系統(tǒng)的框架及實(shí)現(xiàn)流程</p&g

30、t;<p>　　2.1.1 高精度數(shù)控刀具CAD/CAM系統(tǒng)簡介</p><p>　　高精度數(shù)控刀具CAD/CAM系統(tǒng)的框架如圖2.1所示，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：</p><p>　　（1）系統(tǒng)集成框架： 基于Visual C++6.0開發(fā)完成的。其主要功能是根據(jù)用戶的不同工作要

31、求實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)資源（如產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、文件庫等）的合理配置、調(diào)用、檢索、管理以及對各系統(tǒng)模塊的協(xié)調(diào)和管理等。</p><p>　?。?）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++6.0語言開發(fā)的相對獨(dú)立的“CAD子系統(tǒng)”。其主要功能是基于Pro/ E強(qiáng)大的參數(shù)化功能，在Pro/ Toolkit的模塊環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)了立銑刀三維造型的參數(shù)化設(shè)計。</p

32、><p>　?。?）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)。</p><p>　　（4）CAM子系統(tǒng)：基于Visual C++6.0、ACCESS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)的一個相對獨(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，系統(tǒng)可以生成工藝

33、過程卡的各工序內(nèi)容；2)將數(shù)控加工的工序內(nèi)容自動轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的NC宏程序；3)實(shí)現(xiàn)對報表的打印和NC代碼傳輸?shù)裙δ堋?lt;/p><p>　?。?）共用產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫：用于存放結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝設(shè)計中所需的各種數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.1.2 CAE子系統(tǒng)的框架及實(shí)現(xiàn)流程</p><p>　　CAE子系統(tǒng)框架圖如圖2.2所示。本文對立銑刀進(jìn)行靜態(tài)有限元分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行局

34、部靈敏度分析和全局靈敏度分析，挑選出對模型剛度影響最大的參數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。靈敏度分析是對優(yōu)化設(shè)計作鋪墊，優(yōu)化設(shè)計是由用戶指定研究目標(biāo)、約束條件、設(shè)計參數(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。</p><p>　　圖2.2 CAE子系統(tǒng)框架</p><p>　　Fig .2.2 The Framework Of CAE Subsystem</p>&

35、lt;p>　　2.2 基于Pro/MECHANICA的有限元分析原理</p><p>　　2.2.1 Pro/ENGINEER軟件簡介</p><p>　　1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。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/ENGINEE

36、R2000i2。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機(jī)械設(shè)計等方面的多項(xiàng)功能，還包括對大型裝配體的管理、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)行簡單的介紹。 </p><p><b>　　1. 主要特性 </b></p><p>

37、;　?。?）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)展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(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

38、。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。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對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)計疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師

39、同時對同一產(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</p><p><b>　　2. 常用模塊 </b></p><p>　　Pro/DESIGNIER 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

40、設(shè)計概念?？梢陨筛呔鹊那鎺缀文Ｐ?，并能夠直接傳送到機(jī)械設(shè)計和/或原型制造中。 Pro/PERSPECTA-SKETCH 能夠使產(chǎn)品的設(shè)計人員從圖紙、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某些特定部件或者子裝配體進(jìn)行研究，同時在整個產(chǎn)品中使設(shè)計意圖保持不變。&

41、lt;/p><p>　　Pro/FEATURE 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(shí)現(xiàn)。  Pro/SCAN-TOOLS 滿足工業(yè)上使用物理模型作為新設(shè)計起點(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/SCAN-TOOLS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/SUR

42、FACE 能夠使設(shè)計人員和工程人員直接對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)整個的曲面模型。</p><p>　　Pro/MECHANICA 進(jìn)行有限元分析。</p><p>　　Pro/MESH 對Pro/ENGINEER中創(chuàng)建的實(shí)體模型和薄壁模型進(jìn)行自動的有限元網(wǎng)格劃分，能夠使擁護(hù)快速的評價不同描寫在各

43、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

44、加工的塑料零件和完整的模具裝配體文件。</p><p>　　除此以外還有很多模塊，由于篇幅限制，就不贅述了。</p><p>　　2.2.2 有限元分析（Pro/MECHANICA）簡介</p><p>　　Pro/MECHANICA是美國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

45、/ENGINEER的完全無縫集成。</p><p>　　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

46、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，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。</p><p>　　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)計工作

47、中，在設(shè)計初期就將設(shè)計和分析結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計。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。</p><p>　　2.2.3 基于Pro/M的有限元分析任務(wù)</p><p>　　在Pro/M中，將每一項(xiàng)能夠完成的工作稱之為設(shè)計研究。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。在Pro/M

48、中，每一個分析人物都可以看作成一項(xiàng)設(shè)計研究。Pro/M的設(shè)計研究種類可以分為以下三種類型：</p><p>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)分析：最基本、最簡單的設(shè)計研究類型，至少包含一個分析任務(wù)。在此種設(shè)計研究中，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、定義分析類型和計算收斂方法、計算并顯示結(jié)果。</p><p>　　（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

49、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)計參數(shù)對模型的應(yīng)力或質(zhì)量影響較大。</p><p>　　（3）優(yōu)化設(shè)計分析：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。</p><p>　　概括地說，Pro/M STRUCTURE 能夠完成的任務(wù)

50、可以分為兩大類：</p><p>　　A.設(shè)計驗(yàn)證，或者稱之為設(shè)計校核。在Pro/M 中，完成這種工作需要一次進(jìn)行以下步驟：</p><p>　　a.創(chuàng)建幾何模型。b.簡化模型。</p><p>　　c.設(shè)定單位和材料屬性。</p><p><b>　　d.定義約束。</b></p><p>&l

51、t;b>　　e.定義分析載荷。</b></p><p><b>　　f.定義分析任務(wù)。</b></p><p><b>　　g.運(yùn)行分析。</b></p><p>　　h.顯示、平價計算結(jié)果。</p><p>　　B.模型的設(shè)計優(yōu)化，這是Pro/M區(qū)別于其他有限元軟件最顯著的特征。

52、在Pro/M中進(jìn)行模型的設(shè)計優(yōu)化需要完成以下工作：</p><p><b>　　a.創(chuàng)建幾何模型。</b></p><p><b>　　b.簡化模型。</b></p><p>　　c.設(shè)定單位和材料屬性。</p><p><b>　　d.定義約束。</b></p>

53、<p><b>　　e.定義載荷。</b></p><p><b>　　f.定義設(shè)計參數(shù)。</b></p><p>　　g.運(yùn)行靈敏度分析。</p><p><b>　　h.運(yùn)行優(yōu)化分析。</b></p><p>　　i.根據(jù)優(yōu)化結(jié)果改變模型。</p>

54、<p>　　第三章 銑刀的特性與參數(shù)</p><p><b>　　3.1 刀具材料</b></p><p>　　3.1.1刀具材料的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　刀具材料對進(jìn)一步發(fā)展高速切削技術(shù)具有決定性的意義。</p><p>　　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

55、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(包括自潤滑刀具材料) ， 特別是為加工超級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]。</p><p>　　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， 其切削速度可高達(dá)5000m

56、/ 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， 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。</p><p>　　涂層刀具: CBN

57、 和金剛石刀具盡管具有很好的高速切削性能， 但成本相對較高。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。現(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， 如目前在對鋁合金或有色金屬材料進(jìn)行干式切削時， DLC(DiamondLikeCarbon) 涂層刀具就受到極大的關(guān)注，預(yù)計其場前景十分可觀。</p><p>　　3.1.2 刀具材料的選擇依據(jù)</

58、p><p>　　切削工具的硬度必須是工件硬度的2~4倍。如圖3.1所示為以碳鋼（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

59、、耐折損性不足和表面粗糙度值高。</p><p>　　圖3.1 選擇立銑刀材料的依據(jù)</p><p>　　Fig .3.1 The Gist Of Choosing Cutter Material </p><p>　　3.2 銑刀的銑削方式</p><p>　　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

60、種，如下所示：</p><p>　?。?）順銑和逆銑　圓周銑削有順銑和逆銑兩種方式。逆銑銑削時，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，所以順銑和逆銑時給銑刀造成的磨損程度也不同。實(shí)踐表明，順銑時，銑刀使用壽命比逆銑提高2～3倍，表面粗糙度也可減小。</p><p>　?。?）對稱銑削與不對稱銑削</

61、p><p>　?、?對稱銑削　為端銑的一種方式。它切入切出時，切削厚度相同，有較大的平均切削厚度。銑淬硬剛時應(yīng)采用這種方式。</p><p>　?、?不對稱逆銑　為端銑的另一種方式。切入時厚度最小，切出時最大。銑削碳鋼和合金鋼時，可減小切入沖擊，提高使用壽命。</p><p>　　③ 不對稱順銑　切入時厚度較大，切出時厚度較小。實(shí)踐證明不對稱順銑用于加工不銹鋼和耐熱金屬

62、時，可是切削速度提高40%～60%，并可減少硬質(zhì)合金的熱烈磨損。</p><p>　　3.3 高精度刀具的設(shè)計參數(shù) </p><p>　　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

63、平頭立銑刀為例，介紹它的設(shè)計參數(shù)。</p><p>　　1. 刀體設(shè)計 </p><p>　　刀體設(shè)計參數(shù)見表3.1，未注明單位為mm，刀體模型如圖3.2所示。</p><p>　　表 3.1銑刀設(shè)計參數(shù)表</p><p>　　Table 3.1 The Parameter Table of End Milling Cutter<

64、;/p><p>　　2．螺旋溝槽1及周刃前角設(shè)計</p><p>　　設(shè)計參數(shù)見表3.2，草繪截面如圖3.3所示。</p><p>　　表3.2 溝槽1設(shè)計參數(shù) </p><p>　　Table 3.2 The Parameter Of Flute One</p><p>　　3．螺旋溝槽2及周刃后角設(shè)計 </p&

65、gt;<p>　　設(shè)計參數(shù)見表3.3，草繪截面如圖3.4所示。</p><p>　　表3.3 溝槽2設(shè)計參數(shù)</p><p>　　Table3.3 The Parameter Of Flute Two</p><p>　　四齒平頭立銑刀和二齒球頭立銑刀設(shè)計參數(shù)分別見附錄1。</p><p>　　第四章 高精度數(shù)控立銑刀建模及有限

66、元分析過程</p><p>　　4.1 二齒平頭立銑刀建模及有限元分析過程</p><p>　　4.1.1二齒平頭立銑刀在Pro/E環(huán)境下的建模及參數(shù)化</p><p><b>　　1. 建模過程</b></p><p>　　采用混成法建立三維模型，步驟如下［１～２，４，６，８］：</p><p>

67、;　?。?）運(yùn)行Pro/E2.0軟件，選取零件模塊，進(jìn)入用戶界面。</p><p>　?。?）設(shè)定工作目錄。</p><p>　?。?）建模，步驟如下：</p><p>　　A.用旋轉(zhuǎn)命令生成刀體。如圖4.1所示。 </p><p>　　B.選擇插入-混合-切口，來繪制溝槽。</

68、p><p>　　a.在菜單管理器中選擇“一般，草繪截面，完成”然</p><p>　　后選擇“光滑，完成”再選草繪平面“TOP面，正向，</p><p>　　缺省”進(jìn)入草繪界面。</p><p>　　b.選擇“草繪-數(shù)據(jù)來自文件”，選擇草繪截面1--打開，</p><p>　　將草繪截面放置位置如圖4.2所示。然后點(diǎn)擊

69、 ，</p><p>　　系統(tǒng)提示是否繼續(xù)下一截面，回答Yes。再次打開草繪 圖 4.1 三維刀體</p><p>　　截面1，點(diǎn)擊 ，輸入第二個截面的旋轉(zhuǎn)角度為-3 Fig.4.1Milling Cutter</p><p>　　度，以下相同。共創(chuàng)建40個截面。</p><p>　　c、同樣方法剪切草繪截面2

70、，放置位置如圖4.3所示。</p><p><b>　　2. 模型的參數(shù)化</b></p><p><b>　?。?）設(shè)置參數(shù)：</b></p><p>　　單擊“工具-參數(shù)”，按照前面的設(shè)計參數(shù)填寫此表，填寫完畢，單擊確定，完成參數(shù)的設(shè)置。</p><p><b>　　（2）設(shè)置關(guān)系：&

71、lt;/b></p><p>　　選擇“工具-關(guān)系”輸入刀體切換尺寸以后表示的字母與表示設(shè)計參數(shù)的字母一一對應(yīng)的關(guān)系，單擊確定。關(guān)系如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 關(guān)系對話框</p><p>　　Fig.4.4 The dialogue of Relationship</p><p>　　4.1.2 二齒立銑刀有限元分析

72、過程</p><p>　　有限元分析界面如圖4.6所示</p><p>　　圖4.6 有限元分析界面</p><p>　　Fig.4.6 The Interface of FEA</p><p>　　4.1.3 有限元分析前期工作</p><p><b>　　1.定義材料</b></p&g

73、t;<p>　　選擇圖標(biāo) 彈出如圖4.7所示對話框：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，設(shè)置楊氏模量為2.07E+09，泊松比為0.3，單擊Assign-Part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。</p><p><b>　　2.定義約束：</b>&

74、lt;/p><p>　　由于刀體在加工過程中被夾具固定，所以將6個自由度完全固定。</p><p>　?。?）單擊工具欄中施加面約束的</p><p>　　按鈕 ，出現(xiàn)約束對話框，接受默認(rèn)</p><p>　　的名稱constraints1如圖4.8所示，</p><p>　　點(diǎn)選reference中的surface

75、選擇Not selected前邊的箭頭，然后選擇刀柄表面。</p><p>　?。?）單擊鼠標(biāo)中鍵返回約束對話框， </p><p>　　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。 圖4.7 材料定義話框</p><p>　　圖4.

76、8 約束定義對話框</p><p>　　Fig. 4.8 The Dialogue of Constraints Definition</p><p>　　圖4.9載荷定義對話框</p><p>　　Fig .4.9 The Dialogue Of Load Definition</p><p><b>　　3.定義載荷：<

77、/b></p><p>　?。?）單擊工具欄施加載荷的按鈕 ，彈出如圖4.9對話框，接受默認(rèn)名稱Load1，在reference下選擇point(s)，選擇刀刃頂點(diǎn)。</p><p>　?。?）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272、軸向載荷1586和切向力-1983。</p><p>　　（3）單擊ok按鈕完成載荷定義。&

78、lt;/p><p>　　4.1.4 靜態(tài)分析</p><p><b>　　1. 網(wǎng)格劃分：</b></p><p>　?。?） 改變AutoGEM參數(shù)設(shè)置：</p><p>　　點(diǎn)選“自動幾何-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

79、擊ok完成設(shè)置的修改?！?lt;/p><p>　　（2）點(diǎn)選“自動幾何-創(chuàng)建”，打開網(wǎng)格劃分對話框，點(diǎn)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，最終網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 劃分網(wǎng)格結(jié)果對話框 圖4.11 靜態(tài)分析任務(wù)定義對話框</p><p>　

80、　Fig .4.10 AutoGEM Summary Fig .4.11 Static state analyse</p><p>　　2. 建立、運(yùn)行靜態(tài)分析任務(wù)：</p><p>　?。?）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File-New Static，彈出靜態(tài)分析任務(wù)

81、定義對話框。</p><p>　?。?）在Method中選擇Single-pass Adaptive，建立新的靜態(tài)分析任務(wù)Analysis1，如圖4.11所示。</p><p>　　（3）單擊ok按鈕完成經(jīng)態(tài)分析任務(wù)的定義。</p><p>　　（4）單擊圖標(biāo) ，開始分析計算。</p><p>　　3. 顯示靜態(tài)計算結(jié)果：<

82、;/p><p>　?。?） 選擇圖標(biāo) ，系統(tǒng)彈出結(jié)果后處理主界面。</p><p>　?。?） 單擊上方工具欄中的 圖標(biāo)，系統(tǒng)彈</p><p>　　出Result Window Definition對話框，如圖4.12所示，</p><p>　　選擇上面完成的分析Analysis1，接受默認(rèn)的顯示應(yīng)力（von Mises）的結(jié)果窗

83、口Window1， </p><p>　　在Display Option 選項(xiàng)中勾選Continous Tone。 圖4.12 結(jié)果定義 </p><p>　?。?）單擊ok按鈕完成應(yīng)力結(jié)果窗口定義。 Fig 4.12 Result Window Definiti

84、on</p><p>　　（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(xiàng)中勾選Continous Tone。</p><p>　　（5）單擊ok按鈕完成變形結(jié)果窗口的定義。</p>

85、<p>　?。?）顯示應(yīng)力圖如圖4.13所示。</p><p>　　從圖4.13中可以看出，最大應(yīng)力為3.011e+07MPA。</p><p>　　（7）顯示變形圖如圖4.16所示。</p><p>　　從圖4.14可以看出，最大變形為6.508e+04mm。</p><p>　　圖4.13 應(yīng)力

86、 圖4.14 變形</p><p>　　4.1.5 靈敏度分析</p><p><b>　　1.靈敏度分析分類</b></p><p>　　（1）局部靈敏度分析（Local Sensitivity）</p><p>　　可以對設(shè)計參數(shù)在偏離名義值較小時進(jìn)行局部靈敏度分析，

87、并且可視化顯示特定設(shè)計參數(shù)的改變是否對研究目標(biāo)有較大影響。</p><p>　　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。</p><p>　?。?）全局靈敏度分析（Global Sensitivity）</p><p>　　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

88、數(shù)的變化情況。</p><p>　　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，該方法就顯得尤為重要了。</p><p>　　一個模型的參數(shù)有很多，如果每一個參數(shù)都進(jìn)行全局靈敏度分析，必然導(dǎo)致計算增加；另一方面，眾多的模型參數(shù)對模型的影響程度不一樣，對于那些對模型性能影響程度小的參數(shù)，完全沒有必要進(jìn)行全局靈敏度分析。因此，如果將

89、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。</p><p>　　通過上述分析可以得出靈敏度分析的一般思路：</p><p>　　（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。</p><p>　?。?）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。</p><p><b>　　2．局部靈敏度分

90、析</b></p><p>　　步驟一：定義設(shè)計參數(shù)</p><p>　　a. 在菜單欄選擇“分析-Design Control- Design Params”，系統(tǒng)彈出Design Parameter對話框，如圖4.15所示。</p><p>　　b. 單擊Create ...按鈕新建一個設(shè)計參數(shù)，系統(tǒng)彈出設(shè)計參數(shù)對話框，如圖4.16所示。</p

91、><p>　　c. 在圖4.16所示的設(shè)計參數(shù)定義對話框中，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。</p><p>　　d. 選擇參數(shù)中的周刃前角ZGAM，點(diǎn)擊Accept.</p><p>　　e. 系統(tǒng)返回設(shè)計參數(shù)定義對話框。</p><p>　　圖4.15 參數(shù)設(shè)置圖

92、 4.16設(shè)計參數(shù)</p><p>　　Fig 4.15 Design Parameter Fig 4.16 Design Parameter Definition</p><p>　　重復(fù)上述步驟，創(chuàng)建芯厚1，芯厚2，周前角，一次后角和二次后角這些參數(shù)。單擊DONE按鈕，完成設(shè)計參數(shù)定義。</p>

93、;<p>　　步驟二：建立、運(yùn)行靈敏度分析任務(wù)</p><p>　　a.選擇圖標(biāo) ，系統(tǒng)彈出Analyse and Design Studies對話框。</p><p>　　b. 在Analyse and Design Studies對話框中選擇File-New Design Study…</p><p>　　c. 系統(tǒng)彈出設(shè)計分析定義對話框，如

94、圖4.17所示。</p><p>　　圖4.17 分析定義圖 4.18 結(jié)果定義對話框</p><p>　　Fig 4.17 Definition of analyse Fig 4.18 Result Window Definition</p><p>　　d. 在Study Nam

95、e中輸入分析名稱local1，在Type中選擇Local Sensitivity，在Analyses中選擇前面所建立的靜態(tài)分析任務(wù)Analysis1，勾選所有已建立的參數(shù)，并根據(jù)前面的參數(shù)值給一個初值。</p><p>　　e. 單擊Accept按鈕完成局部靈敏度的定義，返回到分析設(shè)計研究對話框，新建的靈敏度分析任務(wù)已經(jīng)出現(xiàn)在對話框中。 </p><p>　　f

96、. 單擊 圖標(biāo)開始分析計算。</p><p>　　步驟三：顯示局部靈敏度分析結(jié)果</p><p>　　a.點(diǎn)擊圖標(biāo) ，系統(tǒng)彈出Result Window Definition對話框，選擇上面完成的局部靈敏度分析local1打開。</p><p>　　b. 單擊圖標(biāo) ，選擇要顯示的結(jié)果。選擇max_stress_vm，如圖4.19所示.</p

97、><p>　　c. 單擊Accept按鈕完成選擇，系統(tǒng)返回到Result Window Definition對話框。</p><p>　　d. 確認(rèn)Graph Location的選項(xiàng)為Design Var，選擇下方的設(shè)計參數(shù)ZGAM。</p><p>　　e. 單擊ok按鈕完成結(jié)果窗口1的定義。</p><p>　　按上述步驟，定義其他結(jié)果窗口。

98、</p><p>　　f. 定義ZALF1結(jié)果窗口。</p><p>　　g. 定義ZALF2結(jié)果窗口。</p><p>　　h. 定義DXH1結(jié)果窗口。</p><p>　　i. 定義DXH2結(jié)果窗口。</p><p>　　圖4.20 結(jié)果顯示窗口</p><p>　　Fig.4.20 Dis

99、play Reasult</p><p>　　j. 單擊結(jié)果窗口中的圖標(biāo) ，彈出如圖4.20所示對話框。</p><p>　　k. 在圖4.20中選擇，Window1，Window2和Window3，Window4，Window5</p><p>　　對模型應(yīng)力的影響曲線，如圖4.21所示。</p><p>　　圖 4.21.5 芯

100、厚2</p><p>　　圖4.21中，五個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。為此將每一幅圖的縱坐標(biāo)都設(shè)置為從1.6e+007到-2e+006。具體方法如下：左鍵單擊圖ZGAM_STRESS，選擇Format-Graph，出現(xiàn)Graph Window Options對話框，如圖4.22所示。在Range選項(xiàng)中設(shè)置最小值為1.6e+007，最大值為-2e+006。單擊OK按鈕完成設(shè)置，同理設(shè)置其它曲

101、線圖的縱坐標(biāo)。</p><p>　　完成設(shè)置后的曲線圖如圖4.23所示。</p><p>　　從這些圖中可以看出，一次后角和芯厚2對應(yīng)力幾乎沒有影響，周前角，芯厚1和二次后角對模型所受的應(yīng)力影響非常顯著。</p><p>　　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。</p><p>　　3.

102、全局靈敏度分析</p><p>　　步驟一：建立全局靈敏度分析任務(wù)</p><p>　　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，并篩選了兩個參數(shù)做進(jìn)一步研究。在全局靈敏度分析中，要分別研究模型應(yīng)力隨參數(shù)ZGAM， DXH1和ZALF2的改變而發(fā)生變化的情況，為此針對每個設(shè)計參數(shù)建立一個靈敏度分析任務(wù)。</p><p>　　a. 選擇圖標(biāo)

103、 ，系統(tǒng)彈出Analyse and Design Studies對話框。</p><p>　　b. 在Analyse and Design Studies對話框中選擇File-New Design Study…</p><p>　　c. 系統(tǒng)彈出設(shè)計分析定義對話框。 </p><p>　　d. 在Study Name中輸入分析名稱global_zgam，在Typ

104、e中選擇Global Sensitivity，在Analyses中選擇前面所建立的靜態(tài)分析任務(wù)Analysis1，勾選ZGAM，在Start和End中輸入數(shù)值。</p><p>　　e.完成后的效果圖如圖4.24所示，單擊Accept按鈕完成任務(wù)global_zgam的定義。返回到分析設(shè)計研究對話框。如圖4.25所示。</p><p>　　步驟二：運(yùn)行全局靈敏度分析任務(wù)</p>

105、<p>　　a. 在圖4.25所示的對話框中選擇</p><p>　　global_zgam。</p><p>　　b. 單擊 圖標(biāo)開始分析計算。</p><p>　　步驟三：顯示全局靈敏度分析結(jié)果</p><p>　　c. 選擇圖標(biāo) ，系統(tǒng)彈出結(jié)果后</p><p><b>　　處

106、理主界面。</b></p><p>　　d. 選擇上方工具欄中的圖標(biāo) ，</p><p><b>　　如圖4.26所示。</b></p><p>　　e. 單擊Design Study下方的 按鈕，</p><p>　　選擇上面完成的分析global_zgam，</p><

107、p><b>　　單擊打開按鈕。</b></p><p>　　f. 系統(tǒng)返回到Result Window Definition對話框。</p><p>　　g. 在Display type 中選擇Graph，在Quality中選擇Measure。</p><p>　　h. 單擊下方圖標(biāo) ，選擇要顯示的結(jié)果，選擇max_stress_v

108、m。</p><p>　　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。</p><p>　　j. 確認(rèn)Graph Location 的選項(xiàng)為Design Var，在下方選擇設(shè)計參數(shù)ZGAM。</p><p>　　k. 單擊Accept按鈕接受選擇，系統(tǒng)返回結(jié)果定義對話框。</p><p>　　l. 單擊OK按鈕完成結(jié)果窗口

109、的定義。</p><p>　　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。</p><p>　　n. 單擊OK按鈕，顯示結(jié)果如圖4.27所示</p><p>　　o.同樣方法對二次后角做靈敏度分析，如圖4.28所示。</p><p>　　通過圖4.27， 4.28和4.29可以準(zhǔn)確確定銑刀模型底應(yīng)力對周前角、二

110、次后角和芯厚1尺寸變化的靈敏程度。</p><p>　　4.1.6 優(yōu)化設(shè)計</p><p>　　為了保證模型受應(yīng)力最小，形狀盡可能合理，我們需要對其進(jìn)行優(yōu)化。</p><p>　　優(yōu)化參數(shù)：周前角(zgam)，芯厚1（dxh1）和二次后角（zalf2）</p><p>　　步驟一：建立、運(yùn)行優(yōu)化任務(wù)</p><p>