（机械电子工程专业论文）基于有限元ansys的浅孔钻仿真.pdf

f j j j 西华大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：杰砷叫手7 指导教师签名：歹乒兰怒 日期：2 口d 。衫莎 ( 日期反d 厂口莎j0 西华大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，西 华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 密后遵守此规定) 嚣獬芋乞季省篙焉易 日期：& 莎夕办d ，(日期a 夕办衫f 6 一 西华大学硕士学位论文 摘要 随着有限元算法理论、计算机硬件和软件技术的进步和实际工业要求的提高，现代 c a e 技术的应用已逐步由以线性模拟为主向非线性模拟为主快速发展。非线性求解技术 的先进性与稳健性已经成为衡量一个结构分析程序优劣的标准。浅孔钻的钻削仿真是一 个非常复杂的过程，钻削仿真涉及到塑性，金属成型，摩擦，大转动等，与之相对应的 计算过程中则相应的涉及到材料非线性，几何非线性，接触非线性，单元非线性等多种 高级非线性的耦合计算，计算量相当的复杂，这便要求我们所采用的仿真软件具有高度 的针对性和强大的平台支持，目前国内外对金属切削加工的数值仿真软件技术和手段比 较多，包括a d v a n t e d g e t m f e m ，d e f o r m , u g ，a n s y s 等有限元仿真软件，一般应用比 较多的是专业化比较强的a d v a n t e d g e t m f e m 等软件，但是局限性也比较大，所以在做 不同课题仿真的时候都要先去学习不同类软件的应用，增加了科研周期成本，而作为大 型通用有限元分析软件a n s y s 虽然前处理较复杂，但是它强大的通用程序能够模拟工 程中各种复杂的情况，而且可以应用于各种仿真领域，金属切削也不例外，缩减了项目 前期熟悉各种专业性仿真软件的时间开支。鉴于浅孔钻钻削仿真在a n s y s 仿真领域的 空白，本文首当其冲，应用a n s y s 的a n s y sm e c h a n i c a l 模块对浅孔钻钻削的a n s y s 有限元分析的技术应用进行探索。a n s y sm e c h a n i c a l 的非线性在三个方面具有独特优 势：先进的非线性单元、广泛的非线性材料模式和稳健的接触分析。本文通过a n s y s m e c h a n i c a l 对浅孔钻的非稳态加工进行了瞬态结构动力学仿真，并给出了浅孔钻稳态加 工瞬态结构动力学仿真的方案，通过分析过程得出浅孔钻钻削过程中产生的应力，应变 分布和受力情况，进而提出浅孔钻的结构优化和改进方案从而避免了实际加工试验中 大量物力和人力资源的耗费，并能得到实际加工试验所不能得到的试验数据。 关键词：可转位浅孔钻；a n s y s ；有限元；仿真 基于有限元a n s y s 的浅孔钻仿真 a b s t r a c t w i t ht h ep r o g r e s so ff i n i t ee l e m e n ta l g o r i t h mt h e o r y , c o m p u t e rh a r d w a r ea n ds o f t w a r e t e c h n o l o g ya n dt h ei m p r o v e m e n to fa c t u a lr e q u i r e m e n t so fi n d u s t r y , t h ea p p l i c a t i o no fm o d e r n c a e t e c h n o l o g yh a sg r a d u a l l ya n dr a p i d l yd e v e l o p e df r o mt h el i n e a ra n a l o gt on o n l i n e a r a n a l o g a d v a n c e m e n ta n ds t a b i l i t yo fn o n l i n e a rs o l u t i o nt e c h n i c q u e s h a sb e c o m eas t m c t u r a l a n a l y s i sp r o g r a mq u a l i t ys t a n d a r d d r i l l i n gs i m u l a t i o no f d r i l lw i ml n d e x a b l ei n s e r t si sa v e r y c o m p l i c a t e dp r o c e s s , w h i c hi n v o l v e sp l a s t i c ，m e t a lf o r m i n g , f r i c t i o n , l a r g er o t a t i n g , e t c w i t h t h ec o r r e s p o n d i n gc a l c u l a t i o no ft h ec o r r e s p o n d i n gp r o c e s si n v o l v e sm a t e r i a ln o n l i n e a r i t y , g e o m e t r yn o n l i n e a rc o n t a c t , n o n l i n e a r , u n i to f n o n l i n e a rc o u p l i n gc a l c u l a t i o n , s e n i o r n o n l i n e a r b e c a u s eo fi t sq u i t ec o m p l i c a t e dc a l c u l a t i o n ，w en e e da d o p tt h es i m u l a t i o ns o r w a r e w h i c hi sh i g h l yt a r g e t e da n dh a st h es u p p o r tf r o mp o w e r f u lp l a t f o r m c u r r e n t l y , t h e r ea r ev a i o u s m e t h o d so fn u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r ef o rm e t a lc u t t i n gp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yb o 也a t h o m ea n da b r o a d ，s u c ha sa d v a n t e d g e t m f e m ，d e f o r m ，u g , a n s y se t c m o r eg e n e r a l a p p l i c a t i o ni st h em o r ep o w e r f u lp r o f e s s i o n a ls o f t w a r es u c ha sa d v a n t e d g e t m f e m ，b u ta l s o t h el i m i t a t i o n so f t h es o f t w a r ei sr e l a t i v e l yl a r g e s ol e a r n i n gt h ea p p l i c a t i o n s o f d i f f e r e n tk i n d s o fs o f t w a r eb e f o r ed o i n gd i f f e r e n ts u b j e c t sw i l ld e f i n i t e l yi n c r e a s et h ec y c l ec o s t b u ta st h e u n i v e r s a lf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss o f t w a r e ，a n s y sa l t h o u g hb e f o r et r e a t m e n ti sr e l a t i v e l y e o m p l e x ，i t sp o w e r f u lu n i v e r s a lp r o c e d u r ec a ns i m u l a t et h ee n g i n e e r i n gi na l lk i n d so f c o m p l i c a t e ds i t u a t i o n s ，a n dc a n b ea p p l i e dt ov a r i o u ss i m u l a t i o n s ，w h i c hi sq u i t et i m e - s a v i n g a n dm e t a lc u t t i n gi sn o te x c e p t i o n a l i nt e r m so ft h eb l a n ko fd r i l lw i t hi n d e x a b l ei n s e r t si n d r i l l i n gs i m u l a t i o ns o f t w a r ea n s y ss i m u l a t i o n ，t h i sp a p e rf i r s t l yu s e sa n s y ss o f t w a r e a n s y si nd r i l l 谢也i n d e x a b l ei n s c r t s i n gm e c h a n i c a lm o d u l eo f d r i l l i n ga n s y sf i n i t e e l e m e n ta n a l y s i st e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n t h eu n i q u ea d v a n t a g eo f n o n l i n e a rm e c h a n i c a l a n s y sl i e si nt h r e ea s p e c t s ：a d v a n c e dn o n l i n e a ru n i t , t h e 、析d er a n g eo fn o n l i n e a rm o d e l o f n o n - l i n e a rm a t e r i a l ，s t a b l ec o n t a c ta n a l y s i s b a s e do na n s y sm e c h a n i c a l ，t h i sp a p e rs i m u l a t e s t h eu n s t e a d ys t a t ep r o c e s so f t r a n s i e n ts t r u c t u r a ld y n a m i c s o f t h ed r i l l 、析t hi n d e x a b l e i n s e r t s a l s og i v e st h es t e a d ys t a t ep r o c e s s i n go fd r i l l 、加t hi n d e x a b l ei n s e r t sp r o g r a mo f t r a n s i e n td y n a m i c ss i m u l a t i o n ，w eg e tt h es t r e s s ，s t r a i na n ds t r e s sc o n d i t i o no f t l l es h a l l o wh o l e s d r i l l e da n d p u tf o r w a r dt h es t r u c t u r eo p t i m i z a t i o na n dt h ei m p r o v e m e n tp l a no f t h ed r i l l 谢也 i n d e x a b l ei n s e r t s b yt h i sw a y ，w ec a na v o i dt h eh i g hc o s to f r e s o u r c e sa n dh u m a nr e s o u r c e si n a c t u a le x p e r i m e n t sa n dg e tt h et e s td a t aw h a ta c t u a le x p e r i m e n tc a nn o tg i v e k e yw o r d s ：d r i l lw i t hi n d e x a b l ei n s e r t s ；a n s y s ；f e m ；s i m u l a t i o n i i 西华大学硕士学位论文 目录 摘 要i a b s t r a c t i i 】【i l 论1 1 1 可转位浅孔钻简介。1 1 1 1 浅孔钻产生的背景。l 1 1 2 浅孔钻的结构形式与用途1 1 2 有限元方法在工程中的应用3 1 2 1 有限元法的基本思想3 1 2 2 有限元法的特点4 1 3 课题的来源j 。5 1 4 本课题研究的目的和意义5 1 5 主要研究内容、途径及技术路线5 2 可转位浅孔钻模型的建立7 2 1s o l i d w o r k s 简介7 2 2 可转位浅孔钻几何模型的建立1 0 2 3 可转位潜孔钻s o l i d w o r k s 三维模型的建立1 0 2 3 1 可转位潜孔钻刀片w c u x 0 5 0 3 0 8 三维模型的建立。1 0 2 3 2 刀体的三维建模1 2 2 3 3 可转位浅孔钻装配体的三维建模。1 5 3 基于有限元的可转位浅孔钻钻削理论分析1 8 3 1c a e 软件介绍1 8 3 1 1c a e 的应用1 8 3 1 2 引入q 垣的优势1 9 3 1 3c a e 软件的种类2 0 3 2a n s y s 简介2 0 3 2 1 a n s y s 的发展2 1 3 2 2a n s y s 的功能j 2 1 3 3 浅孔钻钻削加工中基于有限元的理论支持。2 2 3 3 1 材料非线性塑性2 2 3 3 2 几何非线性2 3 3 3 3 接触非线性2 4 基于有限元a n s y s 的浅孔钻仿真 3 4 浅孔钻钻削仿真的有限元数学模型2 6 3 4 1 三维实体单元的刚度矩阵2 6 3 4 2 三维实体单元的载荷矩阵3 1 3 4 3 浅孔钻和工件实体单元的位移函数3 2 3 4 4 屈服准则3 5 3 5 有限元分析的基本步骤3 6 4 浅孔钻的a n s y s 有限元钻削仿真3 7 4 1 前处理阶段3 8 4 1 1 输入p a r a s o l i d 实体集合。3 8 4 1 2 对输入模型进行修改。4 1 4 1 3 定义单元类型4 3 4 1 4 定义材料性能参数。4 7 4 1 5 划分网格5 0 4 1 6 建立接触5 2 4 1 7 设置边界条件。6 0 4 2 求解阶段6 3 4 3 后处理阶段6 5 4 3 1 后处理简介6 5 4 3 2 将数据结果读入数据库6 6 5 可转位浅孔钻结构优化7 6 5 1 两种不同结构可转位浅孔钻实验结果对比7 6 5 2 可转位浅孔钻结构优化。7 8 6 结论与展望7 9 6 1 结论7 9 6 2j 垦望7 9 参考文献8 0 附录a 最小势能原理。8 1 附录b 接触刚度8 2 附录c 边界条件。8 3 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况。8 4 1 改谢8 5 西华大学硕士学位论文 1绪论 1 1 可转位浅孔钻简介 1 1 1 浅孔钻产生的背景 在金属切削加工中，咖2 0 - - - 由6 0 m 的孔径加工占很大比例，一般孔加工量约占整个 机械加工量的l 3 ，其中钻孔约占2 5 ，其余孔加工约占1 3 。因而孔加工刀具的作 用显得尤为重要。由于钻孔加工的条件比较苛刻，限制了钻孔刀具的发展，多年来，钻 孔刀具一直以高速钢麻花钻为主。因为受到高速钢允许切削速度的限制( 加工钢或铸铁 件时，一般允许切削速度v 1 5 - 2 5 m m i n ) ，又由于麻花钻的结构形状和几何参数存在 着许多问题，致使钻孔的加工效率难以得到提高，并且很容易受到工件材料切削性能的 限制。如钻削1 c r l 8 n i 9 t i 等多种难加工材料时，用高速钢麻花钻头来钻孔，是相当困 难的【l 】。 n 为了提高钻削加工效率，改善工作条件，国内外在改进钻头结构方面做了许多探索， 并且随着科学技术的不断发展，难加工材科日益增多，同时自动加工线的广泛应用，以 及n c ( 数控) 机床、c n c ( 加工中心) 机床、f m s ( 柔性加工系统) 的逐步普及，对钻孔刀具的 性能、寿命、加工效率提出了越来越高的要求。在这种情况下，浅孔钻的使用和开发越 来越得到人们的重视。 1 1 2 浅孔钻的结构形式与用途 可转位浅孔钻是一种硬质合金可转位钻头，其切削刃是两个带孔的刀片，被螺钉紧 固在刀体上( 见图1 1 ) 。刀片的形式有三边形、凸三边形、四边形、棱形、六边形和 圆形等，以凸三边形应用较多。两个刀片的切削刃分布在中心线的两侧，有一部分相互 重叠。钻削时作用在刀削刃上的力基本平衡，切屑直接从两个排泄槽排出，切屑排出流 畅。切削液从刀体中的轴向孔流向刀尖。 图1 1 浅孔钻 f i g 1 1 咖w i mi n d e x a b l ei n s e r t s 基于有限元a n s y s 的浅孔钻仿真 浅孔钻不会将孔钻偏，即使是在斜面上钻孔或者断续切削条件下钻孔也不会将孔钻 偏。由于浅孔钻仅前端参与切削，其余部分不与孔壁接触，所以不会损伤被加工表面， 避免了产生冷硬层，可提高后续加工刀具的寿命。使用浅孔钻，被加工孔可获得较低的 粗糙度和较高精度的圆度和圆柱度。 硬质合金浅孔钻钻头允许采用的切削速度比高速钢钻头高3 5 倍，如采用涂层刀 片，允许速度会更高。浅孔钻主要用于各种车床上，要求机床有足够的刚性和功率以及 有大流量切削液。有时也用于钻床上。 根据浅孔钻钻头孔径的不同，它的结构也是有区别，由1 2 - 1 6 m m 的钻头采用单刀片； 巾1 6 - - 3 5 m 的钻头采用2 3 个刀片：由3 5 一- , 8 0 r m 的钻头采用模块式结构，大于巾8 0 r m 的钻头采用刀头与刀体分离式结构，中间用螺钉联接。当孔深与孔径之比大于4 时，刀 体上有二个导向条，以保证切削平稳。可转位浅孔钻多数装沉孔刀片，采用压孔方式夹 紧。钻头由刀体、刀片、压紧螺钉、模块、定位销等组成。刀体尾部与机床的联接采用 圆柱柄、莫氏锥柄及7 ：2 4 锥柄等。刀体上有进油孔，通过“y 形油路进人切削区。 当以钻头回转为主运动时，需用冷却环供应切削液。 浅孔钻之所以能够进入孔加工领域，是由它所具有的优点决定的【2 j ： ( 1 ) 由于采用了可转位硬质合金刀片，浅孔钻的切削速度高。一般浅孔钻的切削速 度可达7 0 - - 1 9 0 m m i n ，生产效率是高速钢麻花钻的3 1 0 倍。 ( 2 ) 加工质量高。因切削速度高，加工孔的表面粗糙度改善了，可达r a l 2 5 6 3p m 。由于浅孔钻无横刃、定心性好，因此钻孔前无需在工件端面上打中心孔，孔的直线 度也得到提高。而用麻花钻头钻孔，表面粗糙度值一般高于r a l 2 5 ，且孔的直线精度低， 孔易产生偏斜。 ( 3 ) 刀具成本低。刀片磨损或崩刃后只要将刀片转位( 或更换) ，即可继续切削。刀 具长度不变，不需进行调整，这点对数控机床尤为重要。刀体可重复长期使用。 ( 4 ) 改善钻孔工作条件。根据不同加工件材料的切削性能，更换配置不同材质的硬 质合金刀片，以使切削过程能较顺利进行。并且由于刀片上预先制造好的断屑槽，使得 钻孔过程中，有较好的断屑性能，便于切屑的清理。而麻花钻钻削钢件时，断屑条件往 往不好控制，易形成带状切屑，不利于操作和对钻头的冷却。 ( 5 ) 减轻工人劳动强度。工人无须刃磨刀片，因切削速度高，若手动进给钻孔，可 省力许多；若机动进给，则可降低机床进给运动的功率消耗。 ( 6 ) 可转位钻头钻孔的切入切出长度短，缩短了走刀行程，提高了生产率。 ( 7 ) 若采用涂层刀片( 国外已广泛应用) ，内外刀片可通用，便于刀片管理。 ( 8 ) 冷却效果好。采用内冷却方式，冷却、润滑效果好，同时也便于切屑的排除。 2 西华大学硕士学位论文 ( 9 ) 刀体制造较简单。 当然，浅孔钻也有其缺点，主要表现为以下两点： ( 1 ) 只适于在实体材料上钻巾2 0 - 由6 0 m m 且长径比兰3 的浅孔。对于直径小于 2 0 m m 的孔，由于受到刀片尺寸规格的限制，刀体难以制造； ( 2 ) 加工过程中，必须用冷却液强制冷却。 浅孔钻的适用范围为： ( 1 ) 适用于在实体上钻深度h 3 d 的孔； ( 2 ) 适用于刚性好、功率大、进给机构运动平稳的机床； ( 3 ) 钻削中必须强制用大流量、高压力的冷却液冷却。 1 2 有限元方法在工程中的应用 1 2 1有限元法的基本思想 在工程或物理问题的数学模型中( 基本变量、基本方程、求解或边界条件等) 确定 以后，有限元法作为对其进行分析的数值计算方法的基本思想可简单概括为如下三点： ( 1 ) 将一个表示结构或连续体的求解域离散为若干个子域( 单元) ，并通过他们 边界上的结点相互联结为一个组合体。如图1 2 所示。 图1 2 有限元单元划分示意图 f i g 1 2e l e m e n t sm e s h i n g ( 2 ) 用每个单元内所假设的近似函数来分片地表示全求解域内待求解的未知场变 量。而每个单元内的近似函数由未知场函数( 或其导数) 在单元各个结点上的数值和与 其相对应的插值函数来表达。由于在连接相邻单元的节点上，场函数具有相同的数值， 3 基于有限元a n s y s 的浅孔钻仿真 因而将他们作为数值求解的基本未知量。这样一来，求解原待求场函数的无穷多自由度 问题转化为求解场函数结点值的有限自由度问题。 ( 3 ) 通过和原问题数学模型( 例如基本方程、边界条件等) 等效的变分原理或加 权余量法，建立求解基本未知量( 场函数结点值) 的代数方程组或常微分方程组。此方 程组成为有限元求解方程，并表示成规范化的矩阵型式，接着用相应的数值方法求解该 方程，从而得到原问题的解答。 1 2 2 有限元法的特点 ( 1 ) 对于复杂几何构型的适应性：由于单元在空间上可以是一维、二维或三维的， 而且每一种单元可以采用不同的链接方式，所以工程实际中遇到的非常复杂的结构或者 构造都可以离散为由单元组合体表示的有限元模型，图1 3 所示为一个三维实体的单元 划分图。 图1 3 三维实体单元划分 f i g 1 3 v o l u m e sm e s h i n g 图1 4 热应力学问题 f i g 1 4 t h e r m a lm e c h a n i c a lp r o b l e m s 4 西华大学硕士学位论文 ( 2 ) 对于各种问题的物理适用性：由于用单元内近似函数分片地表示全求解域的 未知场函数，并未限制场函数所满足的方程形式，因此它适用于各种物理问题，例如线 弹性问题、弹塑性问题、粘弹性问题、动力问题、屈曲问题、流体力学问题、热传导问 题、声学问题、电磁场问题等，而且还可以用于各种物理现象相互耦合的问题。图1 4 所示为一个热应力问题。 ( 3 ) 建立于严格理论基础上的可靠性：因为用于建立有限元方程的变分原理或加 权余量法在数学上已证明是微分方程和边界条件的等效积分形式，所以只要原问题的数 学模型是正确的，同时用来求解有限元方程的数值算法是稳定可靠地，则随着单元数目 的增加( 即单元尺寸的缩小) 或者随着单元自由度数的增加( 即差值函数阶次的提高) ， 有限元解的近似程度不断地被改进。如果单元是满足收敛准则的，则近似解最后收敛于 原数学模型的精确解。 ( 4 ) 适合计算机实现的高效性：由于有限元分析的各个步骤可以表达成规范化的 矩阵型式，最后导致求解方程可以统一为标准的矩阵代数问题，特别适合计算机的编程 和执行。随着计算机硬件技术的高速发展以及新的数值算法不断出现，大型复杂问题的 有限元分析已经成为工程技术领域的常规工作。 1 3 课题的来源 本课题来源于西华大学与自贡硬质合金有限公司合作的“自贡硬质合金c a d c a p p 项目课题的子课题“浅孔钻钻削机理数值仿真研究。 1 4 本课题研究的目的和意义 由于浅孔钻的使用面非常广泛，改善其设计制造方法，提高它的加工质量和使用寿 命，无疑会带来巨大的经济效益和社会效益。浅孔钻在钻削加工时有两个状态过程：稳 态加工和非稳态加工，稳态是指浅孔钻钻头完全钻入被加工工件的状态；非稳态又分为 钻入和钻出两个过程，钻入过程是指浅孔钻刚接触被加工工件表面到完全钻入工件，钻 出过程指得是浅孔钻刚钻出工件表面到完全钻出的过程。由于可转位刀片在钻头上是非 对称布置的，致使浅孔钻在钻削过程中钻头各处受力分布不同，这便要求我们针对浅孔 钻的组合刀片的不同的受力状况进行不同的设计，包括材料，结构等，以提高浅孔钻的 作业效率以及使用寿命。 1 5 主要研究内容、途径及技术路线 可转位浅孔钻的切削加工仿真是一个及其复杂的过程，由于浅孔钻的钻头是由2 个 非对称的刀片组成，在钻削过程中刀头的受力以及加工磨损状况都不同，为了研究可转 5 位浅孔钻在钻削过程中的受力磨损状况，以及对刀片和刀体使用寿命的影响，本文采用 a n s y s 对可转位浅孔钻进行了a n s y s 的瞬态结构谢分析，具体步骤如下： ( 1 ) 建立浅孔钻标准模型； 一 ( 2 ) 对浅孔钻进行a n s y s 有限元仿真； ( 3 ) 分析浅孔钻钻削仿真得到的应力应变结果； ( 4 ) 对钻头进行结构优化。 6 西华大学硕士学位论文 2 可转位浅孑l 钻模型的建立 2 1s olid w o r k s 简介 s o l i d w o r k s 为达索系统( d a s s a u l ts y s t e m e ss a ) 下的子公司，专门负责研发与 销售机械设计软件的视窗产品。目前达索的c a d 产品市场占有率居世界前列。 s o l i d w o r k s 公司成立于1 9 9 3 年，由p t c 公司的技术副总裁与c v 公司的副总裁发 起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡( c o n c o r d ，m a s s a c h u s e t t s ) 内，当初所赋予 的任务是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系 统。从1 9 9 5 年推出第一套s o l i d w o r k s 三维机械设计软件至今，它已经拥有位于全 球的办事处，并经由3 0 0 家经销商在全球1 4 0 个国家进行销售与分销该产品。 s o l i d w o r k s 软件是世界上第一个基于w i n d o w s 开发的三维c a d 系统，由于技术创新 符合c a d 技术的发展潮流和趋势，s o l i d w o r k s 公司于两年间成为c a d c a m 产业中获 利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得s o l i d w o r k s 每年都有数十乃至数 百项的技术创新，该系统在1 9 9 5 - 1 9 9 9 年获得全球微机平台c a d 系统评比第一名； 从1 9 9 5 年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1 9 9 9 年起，美国权威 的c a d 专业杂志c a d e n c e 连续4 年授予s o l i d w o r k s 最佳编辑奖，以表彰s o l i d w o r k s 的创新、活力和简明。至此，s o l i d w o r k s 所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到 了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地 投向了市场。 由于使用了w i n d o w so l e 技术、直观式设计技术、先进的p a r a s o l i d 内核( 由 剑桥提供) 以及良好的与第三方软件的集成技术，s o l i d w o r k s 成为全球装机量最 大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的s o l i d w o r k s 软件使用许可约2 8 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器 械、娱乐工业、日用品消费品、离散制造等分布于全球1 0 0 多个国家的约3 万1 千家企业。 在美国，包括麻省理工学院( m i t ) 、斯坦福大学等在内的著名大学已经把 s o li d w o r k s 列为制造专业的必修课，国内的一些大学( 教育机构) 如清华大学、 北京航空航天大学、北京理工大学、上海教育局等也在应用s o l i d w o r k s 进行教学。 相信在未来的5 8 年内，s o li d w o r k s 将会成为与当今a u t o c a d 一样，成为3 d 普及 型主流软件。 基于有限元a n s y s 的浅孔钻仿真 s o l i d w o r k s 的基本理念是帮助工程师设计伟大的产品。配合3 d l i b 插件，直 接调用几十万模型库，更方便快捷完成设计。s o l i d w o r k s 的技术特点具体体现在以 下方面： ( 1 ) 提升客户体验： 改进三维显示效果。s o l i d w o r k s 提供了一种快速预览三维轻量化模型的技术，使得 大装配模型的显示速度迸一步提高。同时，支持在设计界面下的真三维显示效果，达到 了以往专门的三维渲染软件的显示效果。方便地编辑大装配件。可以便捷地从大装配件 中选取一部分零部件进行显示、编辑，进行运动仿真。 强化了s w i f t 技术。在s o l i d w o r k s 推出的s k e t e he x p e r t 、m a t ee x p e r t 和f e a t u r e e x p e r t ， c o m e re x p e r t ( 在复杂的拓扑结构中自动生成合理的圆角) 、t o l e r a n c ee x p e r t ( 合理分配公差) 和l a r g e a s s e m b l y e x p e r t ( 检查大装配是否正确) ，帮助客户更加简 便地生产零件和装配结构。最大限度地减少客户的重复操作，使用户在使用过程中，更 加专注于设计本身。 ( 2 ) 帮助客户设计更好的产品： s o l i d w o r k s 以往的版本中已经加入了c o s m o s x p r e s s ，让工程师在设计过程中可以体 验仿真分析的效果。而s o l i d w o r k s 提供的c o s m o sm o t i o n x p r e s s ( 运动仿真分析) 、c o s m o s f l o x p r e s s 和d f m x p r e s s ( 可制造性的分析) 等模块，使得工程师能够更好地进行设计 验证。 为配合工程师快速开发三维模型，可以直接调用3 d l i b 插件模型库。 此外，s o l i d w o r k s 公司已成立了一个专门进行前沿研发的实验室s o l i d w o r k sl a b 。 提供了四个产品。 ( 互) c o s m o s x p r e s sn o w 。这是一个基于w e b 的进行仿真分析的软件。 ( 室) d r a w i n g sn o w 。这是一个基于w e b 进行图档协作的软件。设计者对图档拥有控 制权，其他人可以在网上浏览、打印，但不能进行修改。 ( 查) z o o mi n 。这个软件可以把各类三维软件生成的模型打包在一起，再配合音效， 进行产品的多媒体演示。 d w gn a v i g a t o r 。该软件提供了一个高级搜索引擎，可以根据图档的属性和几 何特征再搜索d w g 文件，而且可以在任何a u t o c a d 版本之间转换图档文件。 p d m w o r k se n t e r p r i s e 支持多地点的设计协作，s o l i d w o r k s 图档可以存放在多个镜 像服务器当中，确保图文档的安全。该软件是s o l i d w o r k s 公司于2 0 0 6 年5 月收购的瑞 典c o n i s i o 公司的p d m 系统基础上进行完善的产品，此外，s o l i d w o r k s 在线提供交 换零件的二维图纸和三维模型。 8 西华大学硕士学位论文 s o l i d w o r k s 具备2 5 0 多项根据用户要求加强的新特性，比相当的中型软件快1 5 倍 的性能。通过大大改进大型装配处理和使得数以百计的繁杂工作自动化，s o l i d w o r k s 释 放设计师和工程师的创造力，使他们只需花费同类软件所需时间的- , b 部分即可设计出 更好、更有吸引力、在市场上更受欢迎的产品。 例如，强大的绘图自动化强化性能使得设计师能够以前所未有的速度从大型装配件 创造产品级的工程图。新的轻化制图工具使得用户无需加载每一个部件到内存就能创建 装配图。只需拖拽并释放一个装配件到工程图中，用户就能够在1 0 秒钟左右生成包括 1 0 ，0 0 0 个组件的装配件2 d 图。许多系统不能创建这样一个大型装配视图。s o l i d w o r k s 还使得设计工程师第一次能够为零件种类多、数量庞大和配置复杂的多个项目生成一个 单一的材料清单，这是加速设计到生产的一个关键环节。其他重要的新的制图自动化包 括自动序号标注、孔汇总表和修订跟踪表。省时、提高生产力这样的特性使得产品看起 来更好，性能更佳，在市场上也更受欢迎。没有任何其他软件能够与s o l i d w o r k s 的性能 相媲美，s o l i d w o r k s 能够比与之竞争的2 d 产品快1 0 倍地生成工程图注释也是吸 引2 d 软件用户迁移到3 d 软件的一个重要原因。 ( 3 ) s o l i d w o r k s 三维机械设计系统 功能强大、易学易用和技术创新是s o l i d w o r k s 的三大特点，使得s o l i d w o r k s 成为领先的、主流的三维c a d 解决方案。s o l i d w o r k s 能够提供不同的设计方案、 减少设计过程中的错误以及提高产品质量。s o l i d w o r k s 不仅提供如此强大的功 能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 s o l i d w o r k s 独有的拖拽功能使你能在比较短的时间内完成大型装配设计。 s o l i d w o r k s 资源管理器是同w i n d o w s 资源管理器一样的c a d 文件管理器，用它可 以方便地管理c a d 文件。使用s o l i d w o r k s ，你能在比较短的时间内完成更多的工 作，能够更快地将高质量的产品投放市场。 在目前市场上所见到的三维c a d 解决方案中，设计过程最简便、最方便的莫 过于s o li d w o r k s 了。就像美国著名咨询公司d a r a t e c h 所评论的那样： “在基于 w i n d o w s 平台的三维c a d 软件中，s o li d w o r k s 是最著名的品牌，是市场快速增长 的领导者。 无与伦比的设计功能和易学易用的操作( 包括w i n d o w s 风格的拖放、点击、 剪切粘贴) ，使用s o l i d w o r k s 的整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设 计、装配设计和工程图之间的是全相关的。 9 基于有限元a n s y s 的浅孔钻仿真 2 2可转位浅子l 钻几何模型的建立 本论文所采用可转位直沟浅孔钻为魉2 6 的2 。斜削平型直柄浅孔钻【3 5 】。 ( 1 ) 浅孔钻型号 本文所采用可转位直沟浅孔钻为2 。斜削平型直柄浅孔钻2 6g b t 1 4 3 0 0 2 0 0 7 ，刀 片型号为w c u x 0 5 0 3 0 8 ，g b t 2 0 8 0 2 0 0 7 沉孔硬质合金可转位刀片。 ( 2 ) 可转位直沟浅孔钻刀体形式和尺寸 可转位浅孔钻的刀体形式和尺寸如图2 1 ，表2 1 。 l ，斟* q 崎f 。m w p _ ”甲_ _ 耳节_ 一k 。 一j 一 受 d l 一 _ l一。 。蕊 l 1 l 图2 1i 型浅孔钻 f i g 2 1 d r i l lw i t hi n d e x a b l ei n s e r t sm o d e li 表2 1 浅孔钻尺寸 t a b 2 1s i z eo fd r i l lw i t hi n d e x a b l ei n s e r t s d ( 单位：毫米) 基本极限 d lll 1lhr 型式 尺寸偏差 2 5 0 2 6 2 61 2 55 20 4 5 0 0 5 6 7 5i 2 3 可转位潜孔钻s o1 d w o r k s 三维模型的建立 2 3 1 可转位潜子l 钻刀片w c u x 0 5 0 3 0 8 三维模型的建立 可转位浅孔钻w c u x 0 5 0 3 0 8 刀尖角为8 0 。的等边不等等角六边形、7 。法后角、无断 屑槽硬质合金y g 6 刀片。s o l i d w o r k s 三维建模步骤如下【6 】： ( 1 ) 建立草图 1 0 西华