切削加（jiā）工仿真技術的發展動向包括兩（liǎng）個方（fāng）麵，其一是開發nc仿真軟件，借以顯示刀具運動軌跡，並判斷刀具、刀夾與（yǔ）工件及其（qí）夾具（jù）是否產生幹涉。

　　在進行立銑加工時，最基本（běn）的任務是切除刀（dāo）具切削刃包絡麵通過部分的被加工材（cái）料，使保留下來的部分成為（wéi）已加工麵（miàn）。完（wán）成這類加工所用的軟件應包括如（rú）下內容：刀具（jù）、刀具夾頭（tóu）、工件、夾具等的協調，機床主軸的構成及其可工作的範圍，能真實（shí）地仿真機床和刀具的動（dòng）作等。特別（bié）是近幾年來，由於五坐標切削（xuē）加工（gōng）的不（bú）斷增（zēng）加，在實際加工前應進行nc仿（fǎng）真的（de）重要性日益突出。這類（lèi）nc仿（fǎng）真軟件中，有不少軟件具有極為優（yōu）異的性（xìng）能，如可從金屬切除體積計算出加工效率;根據（jù）金屬切除體積來判斷切削加工是否產生過載;如（rú）果負荷固定，由於進給速（sù）度過高而產生過載，仿（fǎng）真軟件可調整進給速度（dù），防止過載產生，並可縮短切削加工時間等。

　　切削加工（gōng）仿真技術（shù）的另一發展動向是研究解析切（qiē）削（xuē）加工過程中的物理（lǐ）現象，如被（bèi）加（jiā）工材（cái）料因塑性（xìng）變形而產生熱量，被切除材料不（bú）斷擦過刀具前刀麵形成刀屑後被排出，以及由刀具切削刃切除不需要的材料而在工（gōng）件上形成已加工麵等（děng），並將這一係列切削過程通過計算機模擬出來，目前能（néng）達到這（zhè）種理想目標的產品還為（wéi）數不多。third wave systems公司的“advantedge”是采用有限元法對（duì）切（qiē）削加工進行特（tè）殊優化解析的軟（ruǎn）件產（chǎn）品（pǐn），與用（yòng）於（yú）構造解析的有限元法程序包比較，其最大優點（diǎn）是用戶界麵優良，機（jī）械加工的（de）技（jì）術人員能方便地進行解析（xī）。美國scientific forming technologies公司的“deform”是鍛造（zào）等塑性變形加工用有限元法解析程序包，最近已被（bèi）轉（zhuǎn）用於切削加工。

　　切削過程是切屑、被加工材料的彈性變形和塑性變形的變形（xíng）過程，與衝壓、鍛造等塑（sù）性變形比較，變形速度（單位時間產生的（de）變形量）非常大，由此產生的塑性變形能量和前刀麵上由摩擦產生的能量將引起發熱，從而使溫度大幅度升高，刀尖在連續而狹小的範圍使被加工（gōng）材（cái）料破壞、分離成切屑和已（yǐ）加（jiā）工麵等，這是切（qiē）削過程的顯著特征。而這些現象彼此間（jiān）存在複雜的相互影響。

　　如果用有限元解析方式，需輸入下列內容：被加工材料特性及摩擦狀態等物理特性;切削條件及刀具形（xíng）狀等邊界（jiè）條件。通過（guò）有限（xiàn）元解析剛性（xìng）方程，可（kě）輸出切（qiē）削力、剪切角、切削溫度等帶有切屑生成狀態（tài）特（tè）征的量化參數，在此過程中，無需建立數學模型或提出假設。根據有限元解析的（de）結（jié）果，還易於將切屑生（shēng）成過程、應力、變形等物理量實現可視化。

　　要獲得高精度解析結果，最為重要的輸入內容是反映被加工材料應力——變形（xíng）關係的材料特性，而材料特性的獲取是（shì）極為費（fèi）力的工作。今後，隨著計算機功率的增大（dà），這種切削過程的（de）物理仿（fǎng）真技術（shù）將會（huì）逐漸普及。能否迅速普及的關鍵在於能否及時向用戶提供所需的被加工材料的材料特性。

       按需開發切削加工仿（fǎng）真技術軟件

　　目前，許多科（kē）技人員正在進行（háng）生產工程中最基礎的切削加工技（jì）術的研究，其中多數研究的目的是在弄清（qīng）楚加工現象的同時，對加工過（guò）程進（jìn）行預測。如果這些研究（jiū）內容實現了係統的計算機軟（ruǎn）件化，就意味著（zhe）能（néng）形（xíng）成（chéng）一個切削仿真技術軟件。如東京農工大學機械學院的（de）實驗室（shì）就正在進行幾種預測性的有關切削加工（gōng）仿真技術軟件的研究。工藝流程和實用仿真采用了橫向和縱向相匹配的研究體係，橫向與產品設計（jì）到加工工序相對應;在縱向上越往上，實用（yòng）性越好，往下則不僅是實用性，還包括加工現象的解析（xī）和實現可視（shì）化。

1.刀（dāo）具信息數（shù）據庫和解析仿真（zhēn）技術（shù）並用的切削條件選擇係統

　　在（zài）實（shí）際的（de）切削過程中，不應照搬工具廠（chǎng）提（tí）供的推薦切削條（tiáo）件，而應根據機床、工具（jù）係統、工件裝卡（kǎ）等具體情況，反複進行試切削來修正切削條件。同時還應將過去加工中（zhōng）積累的行之有效的參考數據輸入數據庫，在有效利用這些數據的（de）同時，借助解（jiě）析（xī）方法使切削條件達到最佳化;對於沒有參考數據的新（xīn）的切削加（jiā）工，則應開發與此相關（guān）的切削條件選擇係統。該係統中把振動、加工精度、刀具升溫、刀具壽命、殘餘應力等設定（dìng）為解析內容，在解析的基礎上，就能選擇出最佳的刀具和調整切削條件。

　　本係（xì）統的數據大致分為三個部（bù）分：刀具信息數據、工具係統組成、切（qiē）削條件。在切削條件中可積累有效的切削加工技（jì）術參數。

　　本文擬用圖例（lì）表示平頭立銑刀加工的（de）最佳銑削效率和（hé）最佳化側麵的形狀誤（wù）差。根據數據（jù）庫選擇所需刀具和刀夾，預測由立銑刀和刀夾的彎曲（qǔ）度及卡頭（tóu）和（hé）主軸錐度結合部分的旋轉變化所（suǒ）導致的加工誤差。切削力的預測采（cǎi）用刀尖（jiān）處的切削力乘（chéng）以（yǐ）比切削抗力的模式。這是一（yī）種最簡便的的方法，但卻得到了切削力（lì）波形與（yǔ）實測值一致的良好結果。計算出每一瞬間由切削力引（yǐn）起的刀具撓曲量，將其和形成（chéng）已加工麵的切削刃位置的位移相連就能得到已加工麵（miàn）的形狀。與大規模有限元法的計算比較，計算時間是非常少的，輸入刀具信息和切削條件信（xìn）息，就能容易地仿真加工誤差。

　　盡管數據庫裏已具有確實適應的切削加工條件，人們仍希望進一（yī）步減少加工（gōng）誤差，提高加工（gōng）效率。實例表明，用這種仿真和實現最佳化方式來修正切削條件是完全可能的。

2.立銑刀加工時的（de）刀具溫度

　　近年來，高速銑削已（yǐ）很普遍，由經驗得（dé）知，它適（shì）用（yòng）於小切深（shēn）、大進給（gěi）的銑削條件，而把握最佳條件（jiàn）卻（què）相當（dāng）困難。銑（xǐ）削加工與車削加（jiā）工不同，前者屬於斷續切削，在加工過程中，刀（dāo）具升溫和冷卻（què）高速地反複進行。由於熱傳（chuán）導給刀具——切屑接觸部分是斷續進行的，必須根據這一特征來解析刀具溫度的變化。熱傳導量（liàng）對預測精度影響很大，但不需要對切屑生成狀態的變形和熱解析相聯係進（jìn）行大規（guī）模（mó）計算，因此可快速獲得解析結果。切削速度、切深、進給的（de）組合將影響最高溫度，當加工效率一定時，提高進給速度，刀具溫度就會降低，溫度（dù）降低往往會使進（jìn）給速度（dù）的提高達（dá）到極（jí）限，而提高進給速度，加工表麵就會變得粗（cū）糙。因此，如果能（néng）很好地平衡粗糙度和溫度的（de）關係，就能夠選擇（zé）到（dào）兩（liǎng）者相互平衡的切削條件。

3.用有（yǒu）限元（yuán）法進行切削過程的物理仿真

　　在用有限元法（fǎ）進行切削過程的物理仿真中，作為（wéi）切削條件輸入的（de）內容包括：切（qiē）削速（sù）度、切（qiē）削厚度、刀具（jù）前角（jiǎo）、刀具後角（jiǎo）、工件材料特性等。對這些參數進行解析後（hòu），就能獲得切削力、切屑（xiè）形狀（zhuàng）、刀具和（hé）切屑（xiè）上的溫度分布、應力分布（bù）、形變分布（bù）、殘餘應（yīng）力分布等物（wù）理特性輸出結果。

　　這種仿真對特（tè）殊切削狀態（如動態（tài）切削）也是（shì）適用的。切削成（chéng）波形表麵的（de）波形切除過程（chéng）（wave removal）和刀具邊振動邊切削的波形生成過（guò）程（chéng）都顯示出在切屑（xiè）厚度變薄的過（guò）程（chéng）中，剪切角變小、變形集中而產生大的變形。在這樣的動態切削過程中，剪切角發生變化，與此相對應的（de）是切屑（xiè）生成的變形範圍大小也發生變（biàn）化，因（yīn）此切削力與刀尖的切削厚度不成正比（bǐ）。由與刀尖（jiān）切削厚度的變動（dòng）相對應的剪（jiǎn）切角度變（biàn）化圖可知，即使刀尖切削厚度相同，振（zhèn）幅增大時比振幅（fú）減小時的剪切角還大，利薩（sà）如（lissajou）圖形下方呈凸半月（yuè）形。根據（jù）這樣的解析結果，才能使（shǐ）現象的可視化（huà）及（jí）理解成為可能，從而開發出更為實用的高精度（dù）近似解析法。

　　另外，對於材料特性不同的複合金屬材料的（de）切削加工，以（yǐ）及象超聲波振動切削那樣的刀具在切削方向邊振動邊斷續切削等（děng）加工，均可采用物理仿真技（jì）術進行解析。由鐵（tiě）素體和珠（zhū）光體以層狀分布時的解（jiě）析實例可（kě）知，由於各層分布（bù）的位置不同，切屑卷曲的狀態（tài）有很大的差異。如果在材料設計中能夠有效應（yīng）用物理仿真的（de）解（jiě）析（xī）結果，就有可能實現不依靠斷屑槽來進行切（qiē）屑處理。在超聲波振動切削中切削力減小，是因（yīn）為振動切削的振動頻率大（dà）大高於刀具——被（bèi）加工材料係統（tǒng）固有（yǒu）振動頻率。這種解析所獲得的切削力是斷續作用在刀具和切（qiē）屑間的力，假設（shè）沒有摩擦減小等其它因素的影（yǐng）響（xiǎng），這種切（qiē）削力和通常的切削是（shì）一樣的。