切削加工仿真技術的發展動（dòng）向包（bāo）括兩個方麵（miàn），其一是開發nc仿真軟件，借以顯示刀具運動（dòng）軌跡（jì），並判斷刀具、刀夾與工件（jiàn）及其夾具是否產生幹涉。

　　在進行立銑加（jiā）工時，最基本的任務是切除刀具切削刃包絡麵通（tōng）過（guò）部分的被加工材料，使保留下來的部（bù）分成為已加工麵。完成這類加工所用的軟件應包括如下內容：刀具、刀（dāo）具夾頭、工件、夾具等的協調，機床主軸（zhóu）的（de）構（gòu）成（chéng）及其可（kě）工作的範圍，能真實地仿（fǎng）真機床和刀具的動作等。特別是近幾年（nián）來，由於（yú）五坐標切削加工的不斷增加，在實際加工前應進行nc仿真的重要性日益突出。這類nc仿真（zhēn）軟件中（zhōng），有不少軟件具有極為優異的性能，如可從金（jīn）屬切除體積計算出加工效率;根據金（jīn）屬（shǔ）切除體積來（lái）判斷切削加工是否產生（shēng）過載;如果負荷固定，由於進給速度過高而（ér）產生過（guò）載（zǎi），仿真軟件可調整進給（gěi）速度，防（fáng）止過載產生，並可縮短切削加工時間等。

　　切削加工仿真技術的另一發展動向是研究解析切削加工過程中的物理現象，如被加（jiā）工材料因塑性變形而產生熱量，被切除材料不斷擦過刀具（jù）前刀麵形成刀（dāo）屑後被（bèi）排出，以及由刀具切削刃（rèn）切除不需要的材料而在工件上形成已加工麵等，並將（jiāng）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（biāo）的（de）產品還（hái）為數不多。third wave systems公司的“advantedge”是采用有限元法對切削加工進行特殊優化解析的軟件產品，與用於構造解析的有限元法程序包比（bǐ）較，其最大優點是用戶界麵優良，機械加（jiā）工的技術人員能方便地進行解析。美國scientific forming technologies公司的“deform”是鍛（duàn）造等塑性變形加（jiā）工用有限元法解析程序包（bāo），最近已被轉用於切削加工。

　　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，由此產生的塑性變形能（néng）量和前刀麵（miàn）上由摩擦產生的能量將引起發熱，從而使溫度（dù）大幅度升高（gāo），刀尖在連續而狹小的範圍使被加工材料破壞、分離成切屑和已加（jiā）工麵等，這是切削（xuē）過程的顯著特征。而這些現象（xiàng）彼（bǐ）此間存在複雜的相（xiàng）互影響。

　　如果用有限元解析方式，需輸入下列內容：被（bèi）加工材料特性及摩擦狀態等（děng）物理特性;切削條件及刀具（jù）形狀等（děng）邊界條件。通過有限元解析剛性方程，可輸出切（qiē）削力、剪切角、切削（xuē）溫度等帶有切屑（xiè）生成狀態特征的（de）量（liàng）化（huà）參數，在此過程中，無需建立數（shù）學模型或提（tí）出假設。根據有限元解析的結果，還易於將切屑生成過程、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（yào）的輸入內容是反映被加工材料應力（lì）——變形關係的材料特性，而材料特性（xìng）的獲取是極為費力的工作。今後，隨著計算機功率的增大，這（zhè）種切削過程的物（wù）理仿真技術將會逐漸普及（jí）。能否迅速普及的關（guān）鍵在於能否及時向用戶提（tí）供所需的被加工材料的材料特性。

       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產工程中（zhōng）最基礎的切削加工技術的研（yán）究（jiū），其中多數研究的目的是在弄清（qīng）楚（chǔ）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的計算機（jī）軟件化，就意（yì）味著能形（xíng）成一個切削仿真技術軟件。如東京農工大學機械學院的實驗室就正在進行幾種預（yù）測性的有關（guān）切削加工仿真技術軟件（jiàn）的研究。工藝流程和實用（yòng）仿真采用（yòng）了橫向和縱向相（xiàng）匹配的研究（jiū）體係，橫向與產品設計到加（jiā）工工序相對應;在縱向上越往上，實用性越好，往下（xià）則不僅是實用性，還包括加工現象的解析和實現可視化。

1.刀具信息（xī）數據庫（kù）和解析仿（fǎng）真技術並用的切削條（tiáo）件選擇係統

　　在實際的切削（xuē）過程中，不應照搬（bān）工具廠提供的推薦切削條件，而應（yīng）根據（jù）機床、工具係統（tǒng）、工件（jiàn）裝（zhuāng）卡等具（jù）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（gōng）中積累的行之有效的參考數據輸（shū）入數（shù）據庫，在有（yǒu）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（xīn）的切削加工，則應（yīng）開發與此相關的切削條件選擇係統。該係統中把振動、加工精度、刀具（jù）升溫（wēn）、刀具壽命（mìng）、殘餘應力（lì）等設定（dìng）為解析內容，在解析的基礎上，就（jiù）能選擇出最佳的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、工具係統組成（chéng）、切削條件。在切削條件中可積累有效的切削加工技術參數。

　　本文擬用圖例表示平頭立銑刀加工的（de）最佳銑削效率和最（zuì）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（hé）刀夾（jiá）的彎曲度（dù）及卡頭和主軸錐度結（jié）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（jiān）處的（de）切削力乘以比切削抗力的模式。這是一種最簡便（biàn）的的方法（fǎ），但卻得到了切削力波形與實（shí）測值一致的良好結果。計算（suàn）出每一（yī）瞬間由切削力引起的刀具撓曲量，將其和形成已加工（gōng）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（mó）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（qiē）削（xuē）條件信息，就能容易地仿真（zhēn）加工誤差。

　　盡管數據庫裏已（yǐ）具有（yǒu）確（què）實適應的切削加工條件，人們仍希望進一步（bù）減少加工誤差，提高加工效率。實（shí）例表明，用這種仿真和實現最佳化方（fāng）式來修正（zhèng）切削條件是完全可能的。

2.立銑刀加工時的刀具溫（wēn）度

　　近年來，高（gāo）速銑削已很普遍（biàn），由經驗得知，它適用於小切深、大進給的銑（xǐ）削條件（jiàn），而把握最佳條（tiáo）件卻相當困難。銑削加工與車削加工不同，前者屬（shǔ）於斷續切削，在加工過程中（zhōng），刀具升溫和冷（lěng）卻高（gāo）速地反（fǎn）複進行。由於熱傳導給刀具——切屑接觸部分是斷續（xù）進行的，必須根（gēn）據這一（yī）特（tè）征來（lái）解析刀具溫度的變化。熱傳導（dǎo）量對預測精度影響很大（dà），但（dàn）不需要對切（qiē）屑生成狀態的變形和熱解析相聯係（xì）進（jìn）行大規模（mó）計算（suàn），因此可快速獲得解（jiě）析結果。切削速（sù）度、切深、進給的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（jiàng）低，溫度降低往（wǎng）往會使進給速度的提高達到極限，而提高進給速度，加工表麵（miàn）就會變得粗糙。因（yīn）此，如果能很好地平（píng）衡粗糙（cāo）度和溫度的關係，就能（néng）夠選擇到兩者（zhě）相互平衡的切（qiē）削條件。

3.用有限（xiàn）元法進行切削過程的物理仿真

　　在用有（yǒu）限（xiàn）元（yuán）法進行切削過（guò）程（chéng）的物理仿真中（zhōng），作為切削條（tiáo）件輸入的內容包括：切削速度、切削厚度、刀具（jù）前角、刀具後角、工件材料特性等。對這些參數進行解析後，就能獲得切削力、切屑（xiè）形狀、刀具和切屑上的溫度分布、應力分布、形變分布、殘餘應力分布（bù）等物理特性輸出（chū）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形切除過程（wave removal）和刀（dāo）具邊振動邊切削的波（bō）形生成過程都（dōu）顯示出在（zài）切屑厚（hòu）度變薄的過程中，剪（jiǎn）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（jiǎn）切角（jiǎo）發生變化，與此相對應的是切屑生成的變形範圍大小也發生變化，因此切削力與刀尖（jiān）的（de）切削厚度（dù）不成正比。由與刀尖切削厚度的變動相（xiàng）對應的剪切角度變化圖可知，即使刀尖切削厚度相同，振幅增大時比振幅減（jiǎn）小時的（de）剪（jiǎn）切角還大，利薩如（lissajou）圖形下方呈凸半月形。根據這樣的（de）解析結果，才能（néng）使現象的可視化及理解成為可能，從（cóng）而開發出更為實用的高（gāo）精度近似解析法。

　　另外，對於材（cái）料特性不同的複合金屬材（cái）料的切削加工，以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加工，均（jun1）可采用物理仿真技（jì）術進行解析。由鐵（tiě）素體和珠光體以（yǐ）層狀分布時的解（jiě）析實例可知，由於各層分布的（de）位置不同，切屑卷曲的狀態有（yǒu）很大的差異。如果在材（cái）料設計（jì）中能夠有效應用物理仿真的解析結果，就有可能實（shí）現不依靠斷屑槽（cáo）來進行（háng）切（qiē）屑（xiè）處理。在超聲波（bō）振動切削（xuē）中切削力減小，是因為振動切削的（de）振動頻率大大高於刀（dāo）具——被加工材料係（xì）統固有振動頻率（lǜ）。這種解析所獲（huò）得的切削（xuē）力是斷續作用在刀（dāo）具和切屑間的力，假設沒有摩擦減小等（děng）其它因素的影響，這種切削力和通常的切削是一樣的（de）。