切（qiē）削加工仿真技術（shù）的發展動向包（bāo）括兩個方麵，其一是開發nc仿真（zhēn）軟件，借以顯（xiǎn）示刀具（jù）運動軌跡，並判斷（duàn）刀具、刀夾與（yǔ）工件及其夾具是否產生幹涉。

　　在進行立銑加工時，最（zuì）基本的任務是切（qiē）除刀具（jù）切削刃包絡麵通過部（bù）分的被（bèi）加工材料（liào），使保留下來的（de）部（bù）分成為已加工麵。完成這類加工所用的軟件應包（bāo）括如下內容（róng）：刀具、刀具夾頭、工件、夾（jiá）具等的協調，機床（chuáng）主軸的構成及其可工作的範圍，能真實（shí）地仿真機（jī）床和刀具的動（dòng）作等。特別是近幾年來，由於五坐標切削加工的不（bú）斷增加，在實際（jì）加工前應進行nc仿真的重要性（xìng）日益突出。這類nc仿真軟件（jiàn）中，有不少軟件具有極為優異的性能，如可從金屬切除體積計算出（chū）加工效率;根據金屬（shǔ）切除體積來判斷切（qiē）削加工是否產生過載;如果負荷固定，由於進給速度過高而產生過載，仿真軟（ruǎn）件可調整進給（gěi）速度，防止過載產（chǎn）生，並可縮（suō）短切削加工時間等。

　　切削加工仿真技術的另一發展動向是研究解（jiě）析切削加工過程中的物理（lǐ）現象（xiàng），如被加工材料因塑性變形而產生（shēng）熱量，被切除材料不斷擦過（guò）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（liào）而在工件上形成已（yǐ）加工麵等，並將這一係列切削過程通過計算（suàn）機（jī）模擬出來，目前能達到這種理想目標的產品（pǐn）還為數不多。third wave systems公（gōng）司（sī）的“advantedge”是（shì）采用有限元法對切削加工進行特殊優化解（jiě）析的軟（ruǎn）件產品（pǐn），與用於構造解析（xī）的有限（xiàn）元法程序包比較（jiào），其最大優點是用戶界麵優（yōu）良，機械加工（gōng）的技（jì）術人員能方便地進行解析。美國scientific forming technologies公司的“deform”是（shì）鍛造等塑性變形加工用有（yǒu）限（xiàn）元法解析程序包，最近已被轉（zhuǎn）用於切削加工。

　　切削過程是切（qiē）屑、被（bèi）加工材料的（de）彈（dàn）性變形（xíng）和塑性變形的變（biàn）形過（guò）程，與衝壓、鍛造等塑性變形比較，變形速度（單位時間產生的變形量）非常大，由此產生的（de）塑性變形（xíng）能量和前（qián）刀麵上由摩擦產生（shēng）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（de）範圍使被加工材料破壞、分離成（chéng）切（qiē）屑（xiè）和已加（jiā）工麵等，這是切削過（guò）程的顯著特征。而這些現象彼此間存在複雜的（de）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（cái）料特性及摩擦狀態等物理特（tè）性;切削條件及（jí）刀具形狀等邊界條（tiáo）件。通（tōng）過有限元解析剛性方程，可輸出切削力、剪切角、切削溫度等帶有切屑生成狀態特（tè）征（zhēng）的量化參數，在此（cǐ）過程（chéng）中，無（wú）需（xū）建立數學模（mó）型或提出假設（shè）。根據有限（xiàn）元解析的結果，還易於（yú）將切屑生（shēng）成過程、應力、變（biàn）形等（děng）物理量實（shí）現可視化。

　　要（yào）獲得高（gāo）精度解析結果，最為重要的輸入內容是反映（yìng）被（bèi）加工材料應力——變形關係的材料特性（xìng），而材料特性的獲取是極為費力的工作。今後，隨著計算機功（gōng）率的增大，這種切削過程的物理仿真技術將會逐漸普及。能否迅速（sù）普及的（de）關鍵在於能（néng）否及時向用戶提（tí）供所需的被加工材料的（de）材料特性。

       按需開發切削加工仿真技術軟件

　　目前，許多科技人員正在進行生（shēng）產工程（chéng）中（zhōng）最基礎的切削加工技術的研究，其中多數研究的目的是在弄清楚加工現象的同時，對加工過程進行預測。如果這些研究內容實現了係統（tǒng）的計算機軟件化，就意味（wèi）著（zhe）能形成一個切削仿真技術軟件。如（rú）東京（jīng）農工大學機械學院的實驗室就正在進行幾種預測（cè）性的有關切（qiē）削加工仿真技術軟件的研究（jiū）。工藝流程和實用仿真采用了（le）橫向和縱向相匹配的研究體係，橫向與產品設計到加工工序相對應;在縱向上越往上，實用性（xìng）越好，往下則不僅是實用（yòng）性，還包括加工（gōng）現象的（de）解析和實現可視化（huà）。

1.刀具信息數據庫（kù）和解析仿真技術並用的（de）切削條件選擇係統

　　在實際的（de）切削過程中，不應照搬工具廠提（tí）供的（de）推薦切削條件，而應根據機床、工具係統、工件裝卡等（děng）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（yǒu）效的參考數據輸入（rù）數據庫，在有效利用這些數據的同時，借助解析方法使切削條件達到最佳化;對於沒有參考數據的新的切削加工，則應開發與此相關的切削條件（jiàn）選擇係統。該係統中把振動、加工精度、刀具升溫、刀具壽命、殘餘應力等設定為解析內容，在解析的基礎上，就能選擇出（chū）最佳的（de）刀具和調整切削條件。

　　本係統的數據大致分為三個部分：刀具信息數據、工（gōng）具係統組成、切削條件（jiàn）。在（zài）切削條件中可積累有效的切削加（jiā）工技術參數。

　　本文擬（nǐ）用（yòng）圖例表示平（píng）頭立（lì）銑刀加工的最（zuì）佳（jiā）銑削效率和最佳化側麵的形狀誤差。根據數據庫選擇所需刀具和刀夾，預測由立銑刀和刀夾的彎曲度及（jí）卡頭和主（zhǔ）軸錐度結合部分的旋轉變化所導致的加工誤差。切削力的預測采用刀尖處（chù）的切削力乘以比切削抗力的模式。這是一種最簡便的的方法，但卻得（dé）到了切削力波形與實（shí）測值一致的良好結果。計算出每一瞬間（jiān）由切削力引起的刀具撓曲量，將其和形（xíng）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的形（xíng）狀。與大（dà）規模有（yǒu）限元法的計算（suàn）比較，計（jì）算時間是非（fēi）常少（shǎo）的，輸入刀具信息和（hé）切削（xuē）條件（jiàn）信（xìn）息，就能（néng）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（men）仍希望進一步減少加工誤差，提高加工效率。實例表明，用這種仿真和實現最佳化（huà）方式來修正切削條件是完全可（kě）能的。

2.立銑刀加工時的刀具溫度（dù）

　　近（jìn）年來，高速銑（xǐ）削已很普遍（biàn），由經驗得知（zhī），它適用（yòng）於小（xiǎo）切深、大進給的銑削（xuē）條件，而把握最佳條件卻相當困難。銑削（xuē）加工與車削加工不同，前者屬於斷續切削，在加（jiā）工過程（chéng）中，刀具升溫和冷卻高速（sù）地反複進行。由於熱傳導給刀具——切屑接觸部分是斷續進行的，必須根據（jù）這一特征來解析刀具溫度（dù）的變（biàn）化。熱傳導量對預測精（jīng）度影響很大，但不需要對切屑生成狀態（tài）的變形和（hé）熱解析相聯係進行大規模計算，因此（cǐ）可快速獲得解析結果。切（qiē）削速度、切（qiē）深、進給的組合將影響（xiǎng）最高溫度，當加工效率一定時，提高（gāo）進給速度，刀具（jù）溫度就會降低，溫度降低往往會使進給速度的提高達到極限（xiàn），而提高（gāo）進給速度，加工表麵就會變得粗糙。因此，如果能（néng）很好地平衡粗糙度和溫度的關係（xì），就能夠選擇到兩者相互平衡的切削（xuē）條件。

3.用有限元法進行切削過程的物理仿真

　　在（zài）用（yòng）有限元（yuán）法進行切削過程的物理仿（fǎng）真中（zhōng），作為切削條件輸入的內容包（bāo）括：切削速度、切（qiē）削厚度、刀具前角、刀（dāo）具（jù）後（hòu）角、工件材料特性等。對這些參數進行解（jiě）析後（hòu），就能獲得切削力、切屑形狀、刀具和切屑上的溫度分布、應力（lì）分布、形變分布、殘餘應力分布等物理特性輸（shū）出結果。

　　這種仿真對特殊切削狀態（如動態切削）也是適用的。切削成波形表麵的波（bō）形切除過程（wave removal）和刀具邊振（zhèn）動邊切削的波形生成過程都顯示出在（zài）切屑厚度變薄的（de）過程中，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（zhōng），剪（jiǎn）切（qiē）角發生變化，與此相對應的（de）是切屑生成的（de）變形範圍大小也發生變化，因此切削力與刀尖的切削厚度不成正比。由與（yǔ）刀尖切削（xuē）厚度的變動相對應的剪切角度變（biàn）化圖可知，即使刀（dāo）尖切削厚度相同，振幅（fú）增大（dà）時比振幅減小時的剪切角（jiǎo）還大，利薩如（lissajou）圖形下方呈凸半月形。根據這樣的解析結果，才能使現象（xiàng）的（de）可視化及理解成為可能（néng），從而開發出更為實用的高精度近似解析（xī）法。

　　另外，對（duì）於材料特（tè）性不（bú）同的複（fù）合金（jīn）屬材料的切削（xuē）加工，以及象超聲波振動（dòng）切削那樣的刀具在切削方向邊（biān）振動（dòng）邊斷續切削等加工，均可采用物理仿真技術進行解析。由鐵素體和珠光體以層（céng）狀分布時的解（jiě）析實例（lì）可（kě）知，由於各層分布的位置不同，切屑卷曲的狀態有很（hěn）大的差異。如（rú）果在材料設計中能夠有效應用物理仿真的（de）解析結果，就有可能實現不依（yī）靠斷屑槽來進行切屑處理。在超聲波振（zhèn）動切削中切削力減小，是因為振動切削的振（zhèn）動（dòng）頻率大（dà）大高於刀具——被加工材料係統固有振動頻率。這種解析所獲得的切削力是斷（duàn）續（xù）作（zuò）用在刀具和（hé）切屑間的力，假（jiǎ）設沒有摩擦減小等其它因素的影響，這種切削力和通常的切（qiē）削是一樣的。