可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的建模與基于實(shí)例推理的CAD系統(tǒng)開發(fā)與研究

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1、 可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的建模與基于實(shí)例推理的CAD系統(tǒng) 開發(fā)與研究 提要：建立了平裝可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的幾何數(shù)學(xué)模型。并在該模型的基礎(chǔ)上，以面向?qū)ο笳Z言Visual C++6.0為編程工具，以SQL Server 2000為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，以SolidWorks2001為三維實(shí)體建模軟件，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、特征建模方法、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）技術(shù)、組件對(duì)象模型技術(shù)、實(shí)例推理（CBR）技術(shù)、ODBC數(shù)據(jù)庫(kù)互連技術(shù)開發(fā)和探討了基于實(shí)例推理的面向?qū)ο蟮娜藱C(jī)對(duì)話的三維參數(shù)化CAD系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可計(jì)算出可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀刀體上刀片槽的空間位置及加工調(diào)整參數(shù)、刀片圓弧半徑、銑刀前角、后角等幾何角度沿

2、切削刃的分布情況、刀片系列化所引起的加工表面的幾何形狀誤差等，可繪制并輸出可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的所有零部件的三維實(shí)體圖、裝配圖以及二維工程圖。 關(guān)鍵詞：可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀 端刃 幾何建模 實(shí)例推理 面向?qū)ο? 3D Modeling and Developing and Reserching of intelligent CAD system of Ball-Nose End Mills with Indexable Inserts Major: Mechanical manufacturing and automation 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論

3、文（設(shè)計(jì)）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說明 本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解**學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。學(xué)校

4、可以公布論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 注 意 事 項(xiàng) 1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支

5、持必要時(shí)） 2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。 3.附件包括：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 4.文字、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單

6、，并提供電子文檔 5.裝訂順序 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 1 概述 1.1 引言 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程設(shè)計(jì)學(xué)科相結(jié)合而形成的新興技術(shù)，是計(jì)算機(jī)在工程中最有影響的應(yīng)用技術(shù)之一，也是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。它的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，給古老的工程設(shè)計(jì)制造業(yè)帶來了蓬勃生機(jī)，使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法與生產(chǎn)組織模式發(fā)生了深刻的變革。CAD技術(shù)尤其是智能化CAD技術(shù)，不僅在機(jī)械設(shè)計(jì)中能處理數(shù)值型的工作，如計(jì)算、分析與繪圖；而且能處理在設(shè)計(jì)活動(dòng)中存在另一類推理型工作，包括方案構(gòu)思與擬訂、最佳方案選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、評(píng)

7、論、決策以及參數(shù)選擇和形成專家系統(tǒng)等，這就為企業(yè)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、增強(qiáng)市場(chǎng)應(yīng)變能力、參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段，已經(jīng)產(chǎn)生、必將繼續(xù)產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。而基于實(shí)例推理的智能CAD技術(shù)，又跳過了用規(guī)則或其它形式表示的知識(shí)模型，采用由實(shí)例到實(shí)例的求解思想，克服了知識(shí)獲取的瓶頸和知識(shí)畸變，易于建立和維護(hù)，必將得到更廣泛的應(yīng)用和產(chǎn)生顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。 可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀是將硬質(zhì)合金刀片以機(jī)械夾固的方式裝夾在銑刀刀體上，并將刀片做成可轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)。因此，它除了具有可轉(zhuǎn)位刀具的全部?jī)?yōu)點(diǎn)之外，還由于各刀片的弧形刃分段搭接，切削時(shí)將整個(gè)圓弧形切削層分成幾段進(jìn)行切除，大大改善了圓弧刃非自由切削的不良

8、狀態(tài)，減小了非自由系數(shù)，從而使切削力得以減小。它廣泛用于空間自由曲面的加工中，是當(dāng)今采用CNC銑床加工各種模具、汽輪機(jī)葉片和各種三維復(fù)雜曲面零件必不可少的一種先進(jìn)刀具。我國(guó)對(duì)這種刀具的研究甚少，起步也較晚。關(guān)于它的設(shè)計(jì)理論、造型方法與制造手段等國(guó)內(nèi)外均極少見到。由于缺少相關(guān)技術(shù)資料，又由于這種刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是對(duì)刀體上刀片槽的空間位置的理論分析與計(jì)算，制造手段與方法等均有較高的要求。因此，國(guó)內(nèi)工具廠家均少有涉及此領(lǐng)域的開發(fā)，至今未見具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品問世。據(jù)調(diào)查研究，到目前為止，國(guó)內(nèi)外均未發(fā)現(xiàn)有關(guān)該種刀具的設(shè)計(jì)理論及CAD系統(tǒng)的相關(guān)報(bào)道，因此，研究該種刀具的建模理論，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出具有

9、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于實(shí)例推理的CAD系統(tǒng)，不僅具有較大的理論價(jià)值，也有較大的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值。 1．2 文獻(xiàn)綜述 1.2．1 CAD/CAM的技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)及其在刀具制造業(yè)中的應(yīng)用 CAD/CAM技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展而產(chǎn)生并不斷發(fā)展的，這門技術(shù)從產(chǎn)生到現(xiàn)在，已經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)，從形成、發(fā)展、提高到目前的高度集成，已形成了比較完整的科學(xué)技術(shù)體系，并在當(dāng)今的高新技術(shù)領(lǐng)域占有很重要的位置。 自從1946年出現(xiàn)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)開始，人們就不斷地試圖將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入到傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域。特別是1951年美國(guó)PARSONS公司麻省理工學(xué)院(MIT)研制成了數(shù)控三坐標(biāo)銑床，實(shí)現(xiàn)了利用不

10、同數(shù)控程序?qū)Σ煌慵募庸?，首次出現(xiàn)了現(xiàn)代柔性自動(dòng)化的原形。隨后，為適應(yīng)數(shù)控銑床加工各種復(fù)雜形狀零件的需要，MIT研制數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)，于20世紀(jì)50年代末研制成功了批處理語言的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)APT(Automatically Programming Tool)，該系統(tǒng)用專用語言描述加工零件的幾何外形及進(jìn)刀走刀方法，還用大量輔助語句描述加工過程的各種工藝參數(shù)，這種“零件原程序”經(jīng)過批處理運(yùn)行后可輸出刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過后置處理，可生成可執(zhí)行的控制代碼。該系統(tǒng)是最初的計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)，開辟了計(jì)算機(jī)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，有人提出能不能不通過APT系統(tǒng)對(duì)走刀軌跡的描述而直接描述零件本身

11、的問題，由此產(chǎn)生了CAD的概念。 這一時(shí)期，美國(guó)Barber Colman和Fellows公司等，就已應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行齒輪刀具齒形的設(shè)計(jì)計(jì)算，有效地提高了齒輪刀具的設(shè)計(jì)速度和精度。 　60年代初，MIT的研究生I.E.Sutherland發(fā)表了《人機(jī)對(duì)話圖形通用系統(tǒng)》的論文，推出了二維SKETCHPAD系統(tǒng)，允許在圖形顯示器前操作光筆和鍵盤，并顯示圖形，首次提出計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、交互技術(shù)及圖形符號(hào)的存儲(chǔ)采用分層的思想，為CAD技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。隨后相繼出現(xiàn)了商品化的CAD設(shè)備和軟件系統(tǒng)，美國(guó)IBM公司開發(fā)的以大型機(jī)為基礎(chǔ)的CAD/CAM系統(tǒng)具有繪圖、數(shù)控編程和強(qiáng)度分析的功能；通用汽車公司的DA

12、C-1系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)各個(gè)階段的汽車設(shè)計(jì)；洛克希飛機(jī)公司的CADAM系統(tǒng)等，這一階段的主要技術(shù)特點(diǎn)是交互式二維繪圖和三維線框模型。利用解析幾何的方法定義有關(guān)圖素（如點(diǎn)、線、圓），用來繪制或顯示由直線、圓弧組成的圖形。同時(shí)在制造領(lǐng)域也出現(xiàn)了許多技術(shù)上的進(jìn)步，1962年在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上研制成功了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了物料搬運(yùn)的自動(dòng)化；1966年出現(xiàn)了用大型通用計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床的DNC(Direct Numerical Control)系統(tǒng)。 但這一時(shí)期在技術(shù)經(jīng)濟(jì)相對(duì)薄弱的刀具制造業(yè)，CAD技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用并沒有跟蹤起步。 60年代中期到70年代中期是CAD/CAM技術(shù)走向成熟的階段，隨著

13、計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，以小型機(jī)、超小型機(jī)為主的CAD/CAM軟件進(jìn)入市場(chǎng)。這一時(shí)期CAD/CAM主要技術(shù)特征是自由曲線曲面生成算法和表面造型理論。這是由于汽車和飛機(jī)工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了自由曲線曲面的研究，Bezier、B樣條等算法應(yīng)用于CAD系統(tǒng)中。與此同時(shí)適應(yīng)設(shè)計(jì)和制造的需要，三維幾何軟件也發(fā)展起來，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的CAD/CAM商品化系統(tǒng)，并在60年代末和70年代初出現(xiàn)了柔性制造系統(tǒng)FMS 。 由于高檔刀具制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，70年代，美國(guó)、日本、西歐等國(guó)的一些工具廠家開始了面向復(fù)雜刀具和可轉(zhuǎn)位刀具CAD技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。比較出名的有西德阿亨工業(yè)大學(xué)1973年推出的CD1700系統(tǒng)、美國(guó)Inger

14、soll刀具公司的MAX-1可轉(zhuǎn)位銑刀CAD/CAM系統(tǒng)、Barber Colman和Fellows公司的齒輪滾刀、插齒刀CAD系統(tǒng)，這一時(shí)期的刀具CAD都是在通用中、小型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上用高級(jí)語言實(shí)現(xiàn)的變參數(shù)系列設(shè)計(jì)。 80年代是CAD/CAM技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)期，超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使得計(jì)算機(jī)硬件成本大副下降，外設(shè)也迅猛發(fā)展成為系列產(chǎn)品，為CAD/CAM提供了硬件支撐。同時(shí)軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、有限元分析技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等相關(guān)技術(shù)也飛速發(fā)展，促使了CAD/CAM 的推廣和使用。這一階段CAD的主要技術(shù)特征是實(shí)體造型（Solid Modeling）理論和幾何建模（Geometri

15、c Modeling）方法。實(shí)體建模的邊界表示法（B-Rep）和構(gòu)造實(shí)體造型幾何數(shù)表示法（CGS）在軟件開發(fā)上得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了三維造型、自由曲面設(shè)計(jì)、有限元分析等工程應(yīng)用。與此同時(shí)由于設(shè)計(jì)制造對(duì)CAD提出了各種各樣的要求，導(dǎo)致了新理論、新算法的不斷涌現(xiàn)，如：計(jì)算機(jī)零件分類與編碼技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)(CAPP)、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制與檢測(cè)。同時(shí)人們開始致力于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的研究,它是一種高效益、高柔性的智能化制造系統(tǒng)。 這一時(shí)期刀具CAD/CAM達(dá)到了更高的水平，其中以多品種、小批量的可轉(zhuǎn)位刀具和數(shù)控工具系統(tǒng)生產(chǎn)最為活躍，技術(shù)也最高。美國(guó)Ingerso

16、ll刀具公司、西德Walter公司開發(fā)了交互式CAD/CAM技術(shù)并組建了CIFMS；美國(guó)Valentie和Kennamental公司均在VAX11/780主機(jī)上配置McAUTO系統(tǒng)，并開發(fā)了CAD/CAM系統(tǒng)，一些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造技術(shù)均代表了當(dāng)代的水平；生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀具和機(jī)床的西德Walter公司，也建立了以IBM4381為主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，其上連接了VAX11/750和Micro VAX為主機(jī)的CAD/CAM成套系統(tǒng)，并初步建立了可轉(zhuǎn)位銑刀的CIFMS。生產(chǎn)硬質(zhì)異型刀具的西德Hertel公司、生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀具和刀片的西德Krupp Widia公司、生產(chǎn)數(shù)控刀具的Mapal公司以及日本的東芝鎢、三菱公司相

17、繼開發(fā)了自己的CAD/CAM系統(tǒng)。占世界刀具銷售份額最大的瑞典Sandvik公司配置了IBM5080圖形終端和CATIA系統(tǒng)，開發(fā)了交互式CAD/CAM技術(shù)，全面支持刀具、模具及工具系統(tǒng)的CAD/CAM研究和新產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)，形成了強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 從90年代起，CAD/CAM技術(shù)以不再是過去單一模式、單一功能、單一領(lǐng)域的水平，而向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成，資源的共享，和產(chǎn)品生產(chǎn)與組織的高度自動(dòng)化，需要企業(yè)和企業(yè)集團(tuán)內(nèi)的CAD/CAM系統(tǒng)之間和各個(gè)子系統(tǒng)之間進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換。在這種情況下，一些發(fā)達(dá)國(guó)家和國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織都進(jìn)行了數(shù)據(jù)交換接口方面的開發(fā)工作，并指定了相應(yīng)的標(biāo)

18、準(zhǔn)。這一時(shí)期的CAD技術(shù)基礎(chǔ)理論主要是以PTC的Pro/Engineer為代表的參數(shù)化造型理論和以SDRC的I-DEAS為代表的變量化造型理論，形成了基于特征的實(shí)體建模技術(shù)。這一階段也出現(xiàn)了面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，并行工程的思想，人工智能技術(shù)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)等新技術(shù)，這些技術(shù)都對(duì)CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和功能延伸起到了推動(dòng)作用。 CAD/CAM技術(shù)推動(dòng)了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)革命，CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。1989年美國(guó)評(píng)出的近25年間當(dāng)代10大最杰出的工程技術(shù)成就，其中4項(xiàng)是CAD/CAM。1991年3月20日，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后的第三個(gè)

19、星期美國(guó)政府列出的對(duì)于美國(guó)的國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)繁榮至關(guān)重要的6大技術(shù)領(lǐng)域中的22項(xiàng)關(guān)鍵項(xiàng)目，有11項(xiàng)是與CAD/CAM緊密相關(guān)。著就是制造與信息、通訊。制造技術(shù)的關(guān)鍵項(xiàng)目有柔性計(jì)算機(jī)集成制造、智能加工設(shè)備、微米級(jí)和毫米級(jí)制造、系統(tǒng)管理技術(shù)；信息和通訊技術(shù)包括軟件、微電子學(xué)和光電子學(xué)、高性能計(jì)算和聯(lián)網(wǎng)、高清晰度成像顯示、傳感器和信號(hào)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備、計(jì)算機(jī)仿真和建模。 近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)的新特色表現(xiàn)在以下幾方面：一、面向?qū)ο蠹夹g(shù)的32位CAD軟件，支持Window95/98/NT操作系統(tǒng)，支持IGES(Initial Graphics Exchange Specifi

20、ction) ， PDES/ STEP(Product Data Exchange Specifiction、 Product Data Exchange Spacifiction and Exchange)等數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，提供VC、VB等語言二次開發(fā)接口。二、用特征來描述、構(gòu)造產(chǎn)品信息模型，這樣既包括產(chǎn)品的形體信息，又包括產(chǎn)品的功能特征、工藝特征和加工特征，對(duì)產(chǎn)品具有更全面的描述能力，是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM集成的重要技術(shù)方法。三、參數(shù)設(shè)計(jì)使得用戶可以在幾何形體之間建立起一些復(fù)雜的約束關(guān)系，通過約束驅(qū)動(dòng)生成新的形體。四、對(duì)產(chǎn)品的描述采用單一的數(shù)據(jù)模型，所有數(shù)據(jù)都存入單一的數(shù)據(jù)庫(kù)中。這樣對(duì)產(chǎn)品任何

21、改動(dòng)，都會(huì)自動(dòng)改變與之相關(guān)的數(shù)據(jù)。產(chǎn)品二維繪圖和三維造型共享數(shù)據(jù)，從而保證了數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。在某一數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上可方便地實(shí)現(xiàn)相關(guān)性設(shè)計(jì)，用戶在某一部分對(duì)模型進(jìn)行了修改，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地更新與修改有關(guān)的內(nèi)容，則主視圖、俯視圖和三維模型中相應(yīng)的尺寸和形狀均會(huì)自動(dòng)改變。五、快速原型（RPM）技術(shù)的發(fā)展，可以使CAD設(shè)計(jì)的產(chǎn)品及時(shí)得到實(shí)物模型。RPM也可以作為CAD系統(tǒng)直接與加工聯(lián)系的紐帶。 1.2．2 國(guó)內(nèi)外主流CAD系統(tǒng)及發(fā)展趨勢(shì) CAD系統(tǒng)軟件與CAD/CAM技術(shù)共同成長(zhǎng)，水乳交融的。目前國(guó)內(nèi)外業(yè)界主流CAD系統(tǒng)主要是：CATIA、 I-DEAS、 UG、 PRO/E；專注于設(shè)計(jì)的有：So

22、lidworks、Soliddge；專注于有限元分析的有：MSC、 ANSYS；流體分析有FLUENT；專注于加工的有POWERMILL。近年來幾乎所有的CAD系統(tǒng)都從UNIX圖形工作站移到微機(jī)系統(tǒng)。發(fā)展趨勢(shì)主要為：1.人機(jī)界面更加親和智能，普遍具有輔助設(shè)計(jì)引導(dǎo)器，自動(dòng)導(dǎo)航器。2.系統(tǒng)集成化和專業(yè)化相結(jié)合，即具通用性，專業(yè)設(shè)計(jì)功能也愈來愈多。3.由單機(jī)工作模式全面轉(zhuǎn)向協(xié)同工作模式，并行工程和協(xié)同設(shè)計(jì)的引入使得產(chǎn)品的整個(gè)生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào)。4.知識(shí)工程的融合 為設(shè)計(jì)者提供專家級(jí)的指導(dǎo)、智能化的輔助設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的定義、優(yōu)化和再應(yīng)用。5.與Internet和電子商務(wù)結(jié)合更緊密。 將創(chuàng)造一

23、個(gè)全新的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、商務(wù)模式，產(chǎn)品協(xié)同商務(wù)(CPC)理念已經(jīng)提出。6.服務(wù)將會(huì)更進(jìn)一步?？蛻魧?dǎo)向、服務(wù)制勝理念將再度強(qiáng)調(diào)。 1.2．3 國(guó)內(nèi)外對(duì)可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的研究及其CAD系統(tǒng)現(xiàn)狀 國(guó)外生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的廠家有Sandvik公司、Walter公司、Ingersoll公司、Mitsubishi公司等，他們均采用自行開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，并直接生成加工該種刀具的NC代碼。 我國(guó)對(duì)可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的研究不容樂觀。未見到國(guó)內(nèi)外對(duì)可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的設(shè)計(jì)理論和制造方法等的詳細(xì)報(bào)道,更不用說CAD系統(tǒng)。據(jù)調(diào)查研究，國(guó)內(nèi)廠家大多使用國(guó)外進(jìn)口的可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀。國(guó)內(nèi)進(jìn)行過試制

24、的廠家有陜西硬質(zhì)合金工具廠、上海工具廠，國(guó)內(nèi)廠家試制的可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀在結(jié)構(gòu)型式、端刃造型等方面存在較大不足，主要缺點(diǎn)是將刀片切削刃按球面上的某條徑線（大圓）相互搭接，前刀面通過球心，致使切削刃的前角與刃傾角為零，且對(duì)任何加工材料均相同，從而大大地影響了刀具的切削性能。 2． 可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的數(shù)學(xué)模型的總體設(shè)計(jì) 2．1可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀端刃造型的基本方案 據(jù)國(guó)外資料顯示，切削性能好的整體式球頭立銑刀的端刃均為球面上的一條S形空間曲線，如果我們將可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的刀片切削刃也做成S形的空間曲線，那么，可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的切削性能將會(huì)得到極大的改善。但如果將每一塊搭接的刀片切削刃都按S形空間曲

25、線分段制作，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致每塊刀片切削刃的不同點(diǎn)將具有不同的曲率和撓率，這不僅會(huì)給制造和測(cè)量帶來極大的困難，更重要的是將影響刀片的互換性，從而使刀片的規(guī)格化、系列化難以實(shí)現(xiàn)，致使刀片只能單件生產(chǎn)，這就會(huì)使制造成本大幅度增加。刀片切削刃形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，一般為直線型、圓弧型組成，以便于制造和檢測(cè)。由此，我們決定選用易于制造的圓弧刃刀片，但還必須使刀片切削刃搭接后具有類似于整體式球頭立銑刀的S形曲線。經(jīng)過反復(fù)研究和討論，我們決定將刀片的圓弧形切削刃，沿球面上的一條空間的S形基準(zhǔn)曲線相互搭接，使銑刀具有類似于S形的端刃。 對(duì)整體式球頭立銑刀而言，S形端刃應(yīng)是銑刀前刀面、后刀面以及球面的交線，而前刀面和后

26、刀面均是磨削時(shí)砂輪按一定軌跡運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的包絡(luò)面，求解包絡(luò)面的數(shù)學(xué)建模繁瑣、復(fù)雜，而且需要解非線性方程。既然現(xiàn)在我們需要的只是一條S形基準(zhǔn)線，就完全沒有必要采用包絡(luò)面來生成S形端刃。我們采用了易于建模的正交螺旋面和球面的交線來生成球面上的S形基準(zhǔn)線，并采用了使圓弧形刀片基準(zhǔn)點(diǎn)與S形基準(zhǔn)線的給定點(diǎn)相切，并繞公切線旋轉(zhuǎn)的方法來確定刀片安裝在刀體上的空間位置。這就是我們對(duì)可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀端刃造型的基本方案。 2.2刀片的裝夾形式 刀片采用平裝可轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)。所謂刀片的平裝和立裝，到目前為止尚無確切定義，是實(shí)踐應(yīng)用中對(duì)刀片處于刀體上的位置狀態(tài)的一種習(xí)慣性描述。一般說來，平裝刀片型式較多，夾緊機(jī)構(gòu)

27、設(shè)計(jì)思路寬，刀片斷屑槽型式和尺寸容易設(shè)計(jì)和制造，因此，其刀片種類也較多，并且由于刀片平裝后其夾緊力方向和切削力方向基本一致，夾緊可靠。立裝刀片目前尚無標(biāo)準(zhǔn)，其主要優(yōu)點(diǎn)是使用了刀片厚的端面來承受切削壓力，從而提高了刀片抗沖擊載荷的能力，因而常用于重型、沖擊性較大的切削場(chǎng)合。但由于立裝后切削力方向和刀片夾緊力方向近于垂直，故對(duì)夾緊元件強(qiáng)度和夾緊力要求較高。在國(guó)外生產(chǎn)的可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀中，絕大多數(shù)采用平裝結(jié)構(gòu)（如Sandvik公司、Walter公司、MITSUBISHI公司等）。 刀片設(shè)計(jì)成兩條弧形切削刃，兩平行面形式（如圖2所示）。采用刀片底面、側(cè)面和切削刃一點(diǎn)定位，沉頭螺釘壓緊。 2

28、.3 刀片排列搭接圖 ф30至ф50的可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀采用兩塊弧形端刃刀片和兩塊正方形周刃刀片相互搭接，其搭接圖如圖1所示。兩塊弧形刀片的搭接量為5mm，兩塊周刃刀片的搭接量為4mm。 2.4 刀柄形式 可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的刀柄一般采用兩種形式，即削平型和莫氏錐型。 3．可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的數(shù)學(xué)模型及其計(jì)算 有良好切削性能的整體式球頭立銑刀具有S型端刃（如圖2），若使可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的端刃也具有類似于整體式球頭立銑刀的S形端刃，可將刀片的切削刃沿整體式球頭立銑刀的S形刃安裝搭接，此時(shí)，刀片上基準(zhǔn)點(diǎn)的切線應(yīng)與整體式球頭立銑刀S形端刃的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的切線重合，再使刀片沿該切線旋轉(zhuǎn)適

29、當(dāng)?shù)慕嵌?，以形成所需的前角與后角。 由于S形刃的對(duì)稱性，現(xiàn)以S形刃的前半部分進(jìn)行研究。如圖2建立銑刀坐標(biāo)系與刀片坐標(biāo)系，銑刀坐標(biāo)系中，oz軸與銑刀軸線重合，球面半徑為，又設(shè)刀片前刀面為平面并位于刀片系的平面內(nèi)，刀片后刀面為錐面，設(shè)半錐角為β，錐面的軸線垂直于刀片前刀面，前刀面與后刀面的交線為圓弧形切削刃，設(shè)半徑為，將切削刃的中點(diǎn)置于點(diǎn)。 3.1 整體式球頭立銑刀S形端刃切幺矢 據(jù)國(guó)外資料介紹，整體式球頭立銑刀較理想的S形端刃應(yīng)是正交螺旋面所形成的前刀面與球面的交線。在銑刀坐標(biāo)系中，正交螺旋面的方程可寫成 (1) 式中 —參變量

30、 —螺旋面導(dǎo)程 由于端刃既在正交螺旋面上，又在球面上，因此它必然滿足 (2) 式中 R—球面半徑 將式（1）代入式（2），并整理化簡(jiǎn)后有 (3) 式中 =cot —半徑為R圓柱面上的螺旋角 將式（3）代入式（1），便得到以參數(shù)表示的端刃曲線方程 (4) 由微分幾何學(xué)知，端刃曲線上任意一點(diǎn)的切線矢量為 (5) 其切幺矢 (6

31、) 式中 (7) 將式（5）與式（7）代入式（6）有 (8) 3.2 端刃刀片空間位置參數(shù)計(jì)算 如圖3所示，在S形刃上任選一點(diǎn) m ，將刀片連同其坐標(biāo)系移動(dòng)，使點(diǎn)與m點(diǎn)重合，并且使軸平行于x軸；軸平行于軸；軸平行于軸。在刀片坐標(biāo)系中，刀片點(diǎn)的切幺矢即為軸上幺矢的反方向。首先使刀片連同其坐標(biāo)系繞軸反轉(zhuǎn)角，使刀片系成為，然后再使刀片系繞軸反轉(zhuǎn)角成為，假設(shè)此時(shí)刀片系上的軸正好與銑刀S形刃m點(diǎn)處的切線矢量重合，S形刃上的切幺矢必與軸上的幺矢相等，將軸上的幺矢寫在銑刀坐標(biāo)系中有 (9) 式中 , ) 為坐標(biāo)系變換

32、矩陣可寫成 而，將上兩式代入式（9），便得到軸上的幺矢在銑刀坐標(biāo)系中的表達(dá)式 (10) 由于軸已與銑刀S形刃的切線重合，軸上的幺矢必與S形刃上m點(diǎn)的切幺矢相等，對(duì)照式（8）與式（10）可得到 (11) (12) 最后再使刀片隨同其坐標(biāo)系繞軸正轉(zhuǎn)角到達(dá)的位置，此時(shí)刀片便安裝在刀體上。調(diào)整角的大小，可使銑刀的前角與后角按需要進(jìn)行調(diào)整。加工刀體刀片槽時(shí)將按照旋轉(zhuǎn)角、、來計(jì)算機(jī)床調(diào)整參數(shù)。 3.3 端刃刀片圓弧半徑的確定 理論的刀片圓弧半徑應(yīng)為刀片安裝在刀體上之后，

33、刀片前刀面與球面的交線圓半徑。如圖4所示，在銑刀坐標(biāo)系中，球面的方程可寫成 (13) 式中 —參變量 令 (14) 銑刀系與刀片系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為 (15) 式中，為坐標(biāo)變換矩陣，其表達(dá)式為 (16) 式中 =-- 將式（16）代入式（15）有 或

34、 (17) 將式（13），（14）代入式（17），便得到球面在刀片系中的表達(dá)式為 (18) 因?yàn)槔碚摰牡镀瑘A弧半徑應(yīng)為安裝后的刀片前刀面與球面的交線圓半徑，令式（18）中的有 上式可寫成 (19) 式中 解方程（19）有 (20) 將式（20）代入式（18）中的表達(dá)式中便得到以參數(shù)表示的刀片前刀面與球面交線圓的方程，在交線圓上任取三點(diǎn)便可求得刀片圓弧半徑。 3.4刀片系列化所引起的誤差計(jì)算 按照以上的數(shù)學(xué)模型，我們

35、可以求得一系列的理論刀片圓弧半徑為,但它們往往是帶有小數(shù)值的，影響了刀片的互換性，從而使刀片的規(guī)格化、系列化難以實(shí)現(xiàn)，致使刀片只能單件生產(chǎn)，這就會(huì)使制造成本大幅度增加。為了減少刀片規(guī)格、有利于刀片的標(biāo)準(zhǔn)化，將理論上求得的刀片圓弧半徑給它一微小增量圓整成整數(shù)。并按改變后的刀片圓弧刃繞銑刀軸線回轉(zhuǎn)，得出刀刃回轉(zhuǎn)面方程，再通過銑刀軸線的平面剖切該回轉(zhuǎn)面，得到法截線方程，此法截線與理論球面截線（圓）之間的誤差即是我們分析刀片系列化對(duì)可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀加工精度影響的重要依據(jù)。 3.4．1求理論刀片圓弧刃在銑刀坐標(biāo)系中回轉(zhuǎn)面方程 設(shè)理論刀片圓弧刃上任意一點(diǎn)在刀片坐標(biāo)系、以及銑刀坐標(biāo)系中可分別表示為、、，

36、而=+. 則它們對(duì)應(yīng)的參數(shù)方程如下： = =+=，= == (21) 因刀片圓弧線在球面上 ，在銑刀坐標(biāo)系中，對(duì)照式(13)與式(21)得參數(shù)u與的關(guān)系式： (22) 3.4.2求實(shí)際刀片切削刃在銑刀坐標(biāo)系中的參數(shù)方程 實(shí)際刀片切削刃是給理論刀片圓半徑一微小增（減）量后形成的。 設(shè)實(shí)際刀片圓弧刃上任意一點(diǎn)在刀片坐標(biāo)系、以及銑刀坐標(biāo)系中可分別表示為、、，則同樣有： = =+== == (23) 3.4．3求實(shí)際刀片切削刃繞銑刀軸線旋轉(zhuǎn)所得的回轉(zhuǎn)面參數(shù)方程

37、比較式（21）和式（23）得： (24) (25) (26) 其中： (27) (28) (29) 則實(shí)際刀片切削刃繞銑刀軸線的回轉(zhuǎn)面參數(shù)方程可寫為：

38、 (30) 式中 —參變量 3.4.4求理論法截線與實(shí)際法截線之間的誤差 我們用經(jīng)過銑刀軸線的任一平面（為便于計(jì)算，取平面作為剖切面）來剖切理論刀片切削刃回轉(zhuǎn)面(圓)和實(shí)際刀片切削刃回轉(zhuǎn)面，分別得到法截線的參數(shù)方程為： (31) (32) 由式(24)、(25)、(26)，式(19)可以化簡(jiǎn)為： (33) 加工表面的誤差即為兩法截線之間的誤差： (34) 由式(2

39、7)、(28)、(29)及式(22)，給定我們最終可以得到不同值所對(duì)應(yīng)的誤差。 3.5 端刃切削角度計(jì)算 如圖2所示，在刀片坐標(biāo)系中，刀片圓弧刃上任意點(diǎn)P的切幺矢可表示為： 前刀面上的法前角幺矢為 后刀面上的法前角幺矢為 將 ， 和 轉(zhuǎn)換到銑刀坐標(biāo)系中有 在銑刀坐標(biāo)系中，刀片切削刃上任意點(diǎn)P處的切削速度幺矢為 刀刃上任意點(diǎn)處的刃傾角，法前角與法后角為 (35)

40、（36） (37) 以下求參數(shù)u與θ間的關(guān)系式。在刀片坐標(biāo)系中，刀片切削刃的圓弧方程可寫為 將上述方程轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系中，有 因刀片圓即為前刀面與球面的交線圓，同一坐標(biāo)系中相同點(diǎn)的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)應(yīng)相等，參照式（18）有 (38) 式（38）中的參數(shù)，可由式（20）求得。上式即為參數(shù)與的關(guān)系式，只要給出值便可由上式求得對(duì)應(yīng)的值，進(jìn)而由式（35）、（36）和（37）計(jì)算出銑刀切削角度，和的值。 3.6 加工刀片槽的數(shù)學(xué)模型 安裝后,因刀片的前刀面與刀片槽底面平行，刀片槽底面的法線矢量即為前刀面的法線矢量，可由x2軸上的單位矢量表示，在銑

41、刀坐標(biāo)系內(nèi)： (39) 式中為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣 (40) 將式（40）代入式（39）有 (41) 同理可求得刀片安裝在刀體上之后，刀片中點(diǎn)處的切幺矢為： (42) 如圖7所示，將球頭立銑刀刀體裝在普通立式銑床工作臺(tái)上，使銑刀坐標(biāo)系的 x軸與銑床主軸平行，z軸平行于銑床的縱向走刀方向，y軸平行于銑床的橫向走刀方向并與銑床固聯(lián)作為靜止坐標(biāo)系。要加工刀片槽底面，需使銑刀刀體連同刀片槽底面的法幺矢

42、繞z軸反轉(zhuǎn)角，再繞y軸正轉(zhuǎn)角后，即平行于x軸（即銑床的主軸）。設(shè)經(jīng)過兩次旋轉(zhuǎn)變換后幺矢轉(zhuǎn)到的位置，其表達(dá)式為： (43) 式中 將式（41）與上式代入式（43）有： 由于既垂直于y軸，又垂直于z軸，因此必有： 所以 (44) 又有 得到 (45) 經(jīng)過兩次旋轉(zhuǎn)變換后，刀片中點(diǎn)處的切幺矢轉(zhuǎn)到的位置，其表達(dá)式為： 將式（42）代入上式有： （46）

43、 要能在普通立式銑床上方便地加工刀片槽底面，還應(yīng)使垂直于橫向進(jìn)給方向（即y方向），設(shè)繞x軸正轉(zhuǎn)后到達(dá)位置，即與y方向垂直，的表達(dá)式為： （47） 由于垂直于y軸，因此有： (48) 式（44）、式（45）與式（48）所表示的、與即為加工刀片槽底面的機(jī)床調(diào)整參數(shù)，它們均可由設(shè)計(jì)參數(shù)求得。 4 可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀基于實(shí)例推理的CAD系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4．1 軟硬件的選用 CAD系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)硬件為基礎(chǔ)，系統(tǒng)軟件和支撐軟件為主體，應(yīng)用軟件為核心的面

44、向工程設(shè)計(jì)問題的信息處理系統(tǒng)。 在我們所要開發(fā)的轉(zhuǎn)位球頭立銑刀CAD系統(tǒng)中，選用微機(jī)作為硬件平臺(tái)是比較合適的，既體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，又滿足了技術(shù)和功能的要求。 Windows95/98和WindowsNT是Windows3.X的升級(jí)產(chǎn)品，與以前的操作系統(tǒng)不同的是，它實(shí)現(xiàn)了32位數(shù)據(jù)處理技術(shù)，其中Windows98則是一個(gè)純32位操作系統(tǒng)，在硬件管理、網(wǎng)絡(luò)功能、圖形顯示方面性能得到了顯著提升，是當(dāng)前微機(jī)平臺(tái)上使用得最廣泛的操作系統(tǒng)。WindowsNT在具備Windows98的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，并在安全性和穩(wěn)定性方面的性能更加突出。WindowsMe和Windows2000又在各方面進(jìn)行了改進(jìn)和提

45、高，但對(duì)硬件配置提出了更高的要求。我們采用Windows98操作系統(tǒng)，當(dāng)然，WindowsMe和Windows2000以及WindowsXP也可采用。 目前，微機(jī)平臺(tái)上的三維CAD軟件已經(jīng)成熟，在我國(guó)CAD市場(chǎng)上比較流行的三維CAD軟件有SolidWorks公司的SolidWorks、Autodesk公司的AMD、MDT、AutoCAD、EDS公司的UG、PTC公司的Pro/E、SDRC公司的IDEAS、這些軟件在功能上都是比較出色的。 Solidworks可以說是從工作站向微機(jī)平臺(tái)移植的一套三維實(shí)體造型系統(tǒng)。它的三維實(shí)體造型核心部分就是采用了Pro/E的技術(shù)。由于它的起點(diǎn)比較高，所以其功能

46、非常強(qiáng)大和完善，使用方便快捷,尤其是它具有動(dòng)態(tài)導(dǎo)航、特征管理歷史樹等功能，使其迅速成為三維CAD系統(tǒng)中的佼佼者。由于Solidworks在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，加之對(duì)其功能和操作等方面的考慮，我們確定以之作為我們的圖形支撐軟件。 能夠?qū)olidworks進(jìn)行二次開發(fā)的編程工具有VB、VC、Delphi等。其中VB雖然易學(xué)易用，但它是一種解釋性語言，生成的程序代碼比較大，而且離開了VB編譯環(huán)境將不能運(yùn)行。Delphi具有VB易學(xué)易用的特點(diǎn)，并在數(shù)據(jù)庫(kù)功能方面有其突出的優(yōu)勢(shì)，并且它是一種編輯性語言，運(yùn)行速度比VB也快得多，確實(shí)不負(fù)其“VB殺手”之稱號(hào)。但與博大精深的VC++相比，Delphi程序的運(yùn)行

47、速度則又相形見拙，而且VC程序在對(duì)硬件的訪問和控制方面比Delphi程序功能強(qiáng)大得多。我們采用了VC++6.0作為對(duì)Solidworks進(jìn)行二次開發(fā)的編程工具。 利用VC++6.0對(duì)Solidworks進(jìn)行二次開發(fā)對(duì)本系統(tǒng)的開發(fā)來說，還要注意以下具體設(shè)置： ①如在Windows95/98操作系統(tǒng)下進(jìn)行開發(fā)，必須安裝MBCS庫(kù)，如在WindowsNT下開發(fā)，則要安裝UNICODE庫(kù)。 ②在Solidworks安裝子目錄.\Samples\Appcomm保存有對(duì)Solidworks開發(fā)所需的頭文件，如果開發(fā)時(shí)選用Dispatch接口，則要把swdisp.cpp 和 swdisp.h包含進(jìn)開發(fā)

48、工程里，如果選用COM接口，則只要包含amapp.h。 ③最后是選擇正確的build設(shè)置：共包括三種(Win32 Release, Win32 Pseudo Debug, 或 Win32 MBCS Release)，Windows95/98系統(tǒng)選用MBCS，WindowsNT選用Unicode。 4．2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4．2．1系統(tǒng)總體框架方案 刀具CAD設(shè)計(jì)主系統(tǒng) 主 菜 單 知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù) 知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù) 輔助工具子系統(tǒng) 存盤、輸出子系統(tǒng) 圖形庫(kù) 圖8 系統(tǒng)總體

49、框圖 如圖8所示，刀具CAD設(shè)計(jì)主系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)端刃刀片、周刃刀片、刀體、刀槽的設(shè)計(jì)工作和三維實(shí)體圖形、二維工程圖的生成。它必須從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢、提取設(shè)計(jì)參數(shù)或套用經(jīng)驗(yàn)值來完成設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成功后也可將設(shè)計(jì)結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)中備用。知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)輔助工具子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，知識(shí)或設(shè)計(jì)參數(shù)的更新、修改、刪除等工作?？梢孕薷暮蛿U(kuò)充知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，開啟或停用智能推理模塊，推理模塊能將設(shè)計(jì)參數(shù)存檔，并自動(dòng)地配匹知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，得出必要的結(jié)論，并將該結(jié)論記入數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)新的狀態(tài)下，推理機(jī)再利用它匹配知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，得出最后的結(jié)果。存盤、輸出子系統(tǒng)則負(fù)責(zé)將設(shè)計(jì)結(jié)果存入圖形庫(kù)或輸出

50、。 4．2．2可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀智能CAD系統(tǒng)主要模塊及其功能 刀片設(shè)計(jì)模塊：刀片經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的顯示（用戶可以直接提取全部或部分設(shè)計(jì)參數(shù)）、刀片設(shè)計(jì)參數(shù)的輸入、刀片設(shè)計(jì)結(jié)果的輸出、刀片前角、后角、刃傾角沿切削刃的分布情況、刀片三維圖形繪制、二維圖形繪制、設(shè)計(jì)結(jié)果存盤以及智能推理功能。 刀體刀槽設(shè)計(jì)模塊：刀體設(shè)計(jì)參數(shù)的輸入、刀體設(shè)計(jì)結(jié)果的輸出、刀體三維圖形繪制、二維圖形繪制、設(shè)計(jì)結(jié)果存盤以及智能推理功能。 三維實(shí)體裝配模塊：裝配零件的選取、三維實(shí)體裝配圖繪制、二維圖形繪制、設(shè)計(jì)結(jié)果的存儲(chǔ)輸出。 知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊：知識(shí)或設(shè)計(jì)參數(shù)的編輯、更新、修改、刪除等。 智

51、能推理模塊：判斷刀具的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如：是單刃、雙刃、還是三刃？刀柄的形式?jīng)Q定、以及在刀片設(shè)計(jì)模塊、刀體刀槽設(shè)計(jì)模塊、三維實(shí)體裝配模塊當(dāng)中的設(shè)計(jì)結(jié)果的判斷和分析，評(píng)價(jià)等功能。也有知識(shí)解釋、獲取和更新功能。 4.2.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 綜合數(shù)據(jù)庫(kù): 1． 單刃刀片結(jié)構(gòu)表 刀片半徑r 刀片長(zhǎng)度L 刀片寬度B 刀片厚度s 5 9．4 8．0 2．5 7．5 15 12 3 10 17．5 14．5 5 12．5 20 17 5 15 22．5 19．5 6 2. 雙刃刀片結(jié)構(gòu)表 刀片半徑r 刀片長(zhǎng)度L

52、刀片寬度B 刀片厚度s 17．5 17 9 3 20 17 9 3 22．5 19．5 11．5 4 25 22 14 5 27．5 24．5 16．5 6 30 27 19 6 3.周刃刀片結(jié)構(gòu)表 4.直柄型刀柄結(jié)構(gòu)表 5.莫氏錐柄結(jié)構(gòu)表 6.刀體結(jié)構(gòu)表 7.刀片設(shè)計(jì)結(jié)果存儲(chǔ)表 8.單刃刀體設(shè)計(jì)結(jié)果存儲(chǔ)表 9.雙刃刀體設(shè)計(jì)結(jié)果存儲(chǔ)表 10.刀具成品存儲(chǔ)表 知識(shí)庫(kù): 1. 單刃刀片經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)表 2. 單刃刀片參數(shù)輸入查錯(cuò)表 3. 雙刃刀片參數(shù)輸入查錯(cuò)表 4.2.4用戶界面設(shè)計(jì) 可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀智能CAD系統(tǒng)注冊(cè)以

53、后能象SolidWorks自身所帶的插件一樣,可以與SolidWorks實(shí)現(xiàn)無縫結(jié)合。如圖9所示。 圖9 系統(tǒng)菜單設(shè)計(jì) 單擊圖9中的刀片設(shè)計(jì)便進(jìn)入系統(tǒng)的啟動(dòng)界面，啟動(dòng)界面如圖10所示。 圖10 啟動(dòng)對(duì)話框 在圖10的組合編輯框中選擇要設(shè)計(jì)的可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀的球頭直徑，單擊OK按鈕,當(dāng)時(shí),程序跳轉(zhuǎn)至單刃刀片設(shè)計(jì)界面(圖11),當(dāng),程序跳轉(zhuǎn)至雙刃刀片設(shè)計(jì)界面(圖21)。 圖11 單刃刀片設(shè)計(jì)對(duì)話框 輸入?yún)?shù)后，系統(tǒng)啟動(dòng)智能推理模塊檢測(cè)以前是

54、否有同種設(shè)計(jì)，若檢測(cè)到有，系統(tǒng)會(huì)彈出圖12所示對(duì)話框，單擊確定按鈕，系統(tǒng)將以前的同種設(shè)計(jì)的所有參數(shù)顯示在圖11對(duì)話框中，并可直接調(diào)出刀片實(shí)體圖和二維圖形。若用戶未作修改而想存盤，系統(tǒng)會(huì)彈出圖13所示對(duì)話框，若用戶作了若干修改，單擊存盤按鈕系統(tǒng)會(huì)彈出圖14所示對(duì)話框提示用戶存盤，此時(shí)你可以覆蓋以前的設(shè)計(jì)，也可以另存為一個(gè)設(shè)計(jì)。若智能推理模塊檢測(cè)是全新設(shè)計(jì)，則計(jì)算設(shè)計(jì)結(jié)果，用戶可生成刀片實(shí)體圖和二維圖形和進(jìn)行存盤等操作，其效果如圖15和圖16所 圖12 圖13 圖14 圖15 刀片實(shí)體圖

55、 圖16 刀片二維圖形 示。單擊下一步按鈕，在確認(rèn)設(shè)計(jì)合格且已存盤的情況下，圖11的單刃刀片設(shè)計(jì)對(duì)話框跳轉(zhuǎn)至如圖17所示的單刃刀體設(shè)計(jì)對(duì)話框。 圖17 單刃刀體設(shè)計(jì)對(duì)話框 圖18 單刃刀體實(shí)體圖 同樣，圖17所示的單刃刀體設(shè)計(jì)對(duì)話框也具有圖11所示的單刃刀片設(shè)計(jì)對(duì)話框的所有功能。它還能在用戶的要求下，重新返回圖11單刃刀片設(shè)計(jì)對(duì)話框重新開始設(shè)計(jì)。 圖19 裝配體設(shè)計(jì)對(duì)話框 圖20 單刃刀具裝配圖 圖18是生成的刀體實(shí)體圖

56、，單擊圖17所示的單刃刀體設(shè)計(jì)對(duì)話框中的下一步按鈕，彈出如圖19所示的裝配體設(shè)計(jì)對(duì)話框，刀體名和刀片名會(huì)自動(dòng)顯示圖19中的文本編輯框中，為裝配體命名之后，就可得到如圖20所示的三維裝配圖。 在圖10的啟動(dòng)對(duì)話框中，當(dāng),程序跳轉(zhuǎn)至如圖21所示的雙刃刀片設(shè)計(jì)界面。 圖21 雙刃刀片設(shè)計(jì)對(duì)話框 在圖21的雙刃刀片設(shè)計(jì)對(duì)話框中單擊下一步，程序跳轉(zhuǎn)至如圖23所示的雙刃刀體設(shè)計(jì)對(duì)話框。圖24是生成的雙刃刀體實(shí)體圖。在圖23所示的雙刃刀體設(shè)計(jì)對(duì)話框中單擊下一步，程序跳轉(zhuǎn)至如圖19所示的裝配體設(shè)計(jì)對(duì)話框。在圖19的對(duì)話框中，刀體文件名dtr20-1和刀片文

57、件名dpr20-1、dpr20-2由系統(tǒng)自動(dòng)生成，在為裝配體命名djr20-1后，就得到如圖25所示的裝配體三維圖。 圖22 雙刃刀片實(shí)體圖 圖23 雙刃刀體設(shè)計(jì)對(duì)話框 圖24 雙刃刀體實(shí)體圖 在圖9中，也可直接利用菜單按鈕跳轉(zhuǎn)到各自相應(yīng)的對(duì)話框。 4．3可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀智能CAD系統(tǒng)的軟件編程技術(shù) 4．3．1 Solidworks二次開發(fā)接口 本系統(tǒng)的軟件模塊是在SolidWorks2000下開發(fā)的。熟悉AutoCAD二次開發(fā)的用戶都知道，AutoCAD2000提供一個(gè)arx開發(fā)庫(kù)文件，通過此庫(kù)文件，可以對(duì)Au

58、toCAD進(jìn)行二次開發(fā)。SolidWorks2000也采用了開放式的體系結(jié)構(gòu)，用戶不僅可以使用現(xiàn)有的功能進(jìn)行繪圖，而且可以利用SolidWorks2000的開放特性，借助它安裝時(shí)本身就自帶有一個(gè)接口庫(kù)，可以對(duì)SolidWorks2000進(jìn)行二次開發(fā)和功能擴(kuò)充，使其更好地滿足用戶的專業(yè)需要。 Solidworks大約共有一百來個(gè)SolidworksAPI對(duì)象，每個(gè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)了與其相對(duì)應(yīng)的接口( Interface,一組只有聲明沒有實(shí)現(xiàn)的虛函數(shù)表 )，對(duì)象也只能調(diào)用它實(shí)現(xiàn)了的接口，如果選用VC開發(fā)，則有兩種調(diào)用方式：Dispatch和COM。圖26是SolidworksAPI對(duì)象層次圖的一部分，雖

59、然與VC++中的類導(dǎo)出層次圖有些相似，但這并不等同VC++中的類導(dǎo)出層次圖，這就是接口對(duì)象與類對(duì)象不同點(diǎn)之一。 圖25 雙刃刀具裝配圖 圖26 SolidworksAPI對(duì)象關(guān)系 4．3．2 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) Windows的執(zhí)行文件可以劃分為兩種形式：程序（EXE）與動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（Dynamic-Link Library，簡(jiǎn)稱DLL）。軟件的功能既可以以單個(gè)可執(zhí)行程序的方式發(fā)布，也可以以庫(kù)的方式發(fā)布：即把可執(zhí)行程序中可以分開的部分放進(jìn)功能庫(kù)中，以便其他應(yīng)用程序也可使用。DLL不僅可以包含可執(zhí)行代碼，還能有數(shù)據(jù)，各種資源，擴(kuò)大了庫(kù)文件的使用范圍。比如：在系統(tǒng)目錄下

60、有個(gè)Comdlg32.dll文件，它包含了公共對(duì)話框的代碼和資源。有些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序也是由動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)實(shí)現(xiàn)的。庫(kù)可以被靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)地鏈接到其他應(yīng)用程序中。一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)可以立刻與多個(gè)應(yīng)用程序共享其功能，它可以限制訪問硬驅(qū)的次數(shù)。若不應(yīng)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，即使在內(nèi)存很大的情況下，各應(yīng)用程序訪問內(nèi)存的次數(shù)都可能很頻繁。 對(duì)于大部分EXE文件與DLL文件來說，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是相同的。只是當(dāng)將DLL裝載到內(nèi)存中時(shí)，情況才發(fā)生了改變。DLL自己不能主動(dòng)啟動(dòng)執(zhí)行，必須由EXE來調(diào)用。DLL即使裝載到內(nèi)存中時(shí)，也不是運(yùn)行程序。它只是其它程序可以調(diào)用的代碼如函數(shù)的集合。這些代碼使用了調(diào)用程序（更確切地說是調(diào)用線程）的

61、堆棧。即DLL庫(kù)不能建立自己的堆?？臻g------它使用調(diào)用它的程序的堆?？臻g。在Win32中，因?yàn)镈LL裝載于應(yīng)用程序的地址空間中，所以DLL的任何內(nèi)存分配或它建立的任何全局?jǐn)?shù)據(jù)都駐留在主進(jìn)程的地址空間中。 當(dāng)我們用VC等高級(jí)編寫應(yīng)用程序時(shí)，典型的情況是產(chǎn)生程序文件；但在某些情況下，應(yīng)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)存更具有以下的優(yōu)越性。 1. 如果多個(gè)進(jìn)程（可能相同也可能不相同）使用相同的DLL，只需將DLL在內(nèi)存中裝載一次，這樣節(jié)省了系統(tǒng)內(nèi)存。DLL映射到每個(gè)進(jìn)程的專用地址空間中，但它們的代碼使用內(nèi)存影象程序中只在內(nèi)存中裝載一次。與之相對(duì)的是靜態(tài)鏈接庫(kù)，即普通的函數(shù)庫(kù)，其在程序鏈接時(shí)將庫(kù)中的代碼拷

62、貝到可執(zhí)行文件中，這樣就使得在多個(gè)同樣的程序執(zhí)行時(shí)，系統(tǒng)保留了許多重復(fù)的代碼副本，造成內(nèi)存資源浪費(fèi)。使用DLL的動(dòng)態(tài)鏈接并不是將代碼拷貝，只是在程序中記錄了函數(shù)的入口點(diǎn)和接口，在程序執(zhí)行時(shí)才將代碼裝入內(nèi)存；不管多少程序使用DLL，內(nèi)存中都只有一個(gè)DLL的副本；當(dāng)沒有程序使用它時(shí)，系統(tǒng)就將它移出內(nèi)存，減少了對(duì)內(nèi)存和磁盤的要求。 2. 可以提供DLL的不同版本，代替當(dāng)前版本，方便系統(tǒng)的升級(jí)。如果DLL中的子例程有相同的參數(shù)，可以用新版本的DLL運(yùn)行程序，而不需要重新編譯程序。如果DLL有新的子例程，程序運(yùn)行根本不會(huì)有什么影響。只有當(dāng)新版本DLL中缺少老版本中的子例程時(shí)，才可能出現(xiàn)問題。 3.

63、使用DLL存儲(chǔ)公共資源。如可以建立不同版本的DLL來保存不同語言的字符串，然后在運(yùn)行時(shí)改變語言；或者可以制備圖標(biāo)與位圖庫(kù)，然后在不同的應(yīng)用程序中使用它們。這樣方便特殊語言版本程序控制和資源重用。DLL的另一個(gè)用途是支持世界各國(guó)的語言。開發(fā)者可以將依賴于語言的函數(shù)和資源分離出來，專門放進(jìn)DLL中，例如中文、英文、法文等，各地使用軟件的用戶可以安裝或運(yùn)行適當(dāng)?shù)腄LL，以獲得正確的本地信息。這是實(shí)現(xiàn)軟件商品國(guó)際化的一項(xiàng)重要技術(shù)。 4. 其語言無關(guān)性，方便各種編程語言編寫的應(yīng)用程序訪問。大多數(shù)Windows編程環(huán)境，包括在用戶程序中的大部分宏語言，都允許程序員調(diào)用存儲(chǔ)在DLL中的子例程，這意味著，用

64、某一高級(jí)編程語言完成的DLL，無論是VC++、VB、Delphi程序，或者其它的Windows應(yīng)用程序都可以調(diào)用它。 5. DLL技術(shù)對(duì)于開發(fā)大型軟件系統(tǒng)也有可用之處。一個(gè)大型系統(tǒng)要是用一個(gè)執(zhí)行文件完成，程序?qū)⑻嫶罅耍铱赡苡性S多重復(fù)的功能。這時(shí)將系統(tǒng)分成一系列的主程序和DLL，可以減少開發(fā)的工作量。由于每個(gè)模塊減速小了，訪問的速度將提高。例如Windows操作系統(tǒng)本身就是這樣建筑起來的，在它的system目錄下存放著數(shù)以百計(jì)的功能各異DLL文件。 4.3.4 DLL與Solidworks二次開發(fā) 在用VC++6.0定制DLL文件時(shí)，需要編寫的是導(dǎo)出函數(shù)表的模塊定義文件（.DEF）

65、和實(shí)現(xiàn)導(dǎo)出函數(shù)功能的VC文件，SolidWorks自帶的VC接口程序已經(jīng)為我們定制好了DLL結(jié)構(gòu)，我們所要做的只是擴(kuò)充和豐滿它。 1． 模塊定義文件（userdll.def） ; userdll.def : Declares the module parameters for the DLL. LIBRARY USERDLL DESCRIPTION USERDLL Windows Dynamic Link Library EXPORTS InitUserDLL3 @1 StartDlg @2 mikeopen

66、 @3 mikesave @4 DesignOne @5 DesignEnd @6 DesignBegin @7 DesignBook @8 DesignTwo @9 Resource @10 UpdateStart @11 CancelDialogDemo @12 DesignThree @13 2. 入口點(diǎn)處理函數(shù) static AFX_EXTENSION_MODULE userdllDLL = { NULL, NULL }; static CDynLinkLibrary* dllModule = NULL; userApplication* UserApp; HINSTANCE MyResourceHandle; extern "C" int APIENTRY DllMain(HINSTANCE hInstance, DWORD dwReason,