切削加工仿真技術的發展（zhǎn）動向（xiàng）包括兩個方（fāng）麵，其（qí）一是開發nc仿真軟件，借以顯（xiǎn）示刀具運動軌跡，並判斷刀（dāo）具、刀夾（jiá）與工件及其夾具是否產生幹涉。

　　在進行立銑加工時，最基本的任務是切除刀具切削刃包絡麵通（tōng）過部分的（de）被加工材料，使保留下來的部分成為（wéi）已加工麵。完（wán）成這類（lèi）加（jiā）工所用的軟件（jiàn）應包括如下內容：刀具、刀具夾頭、工件、夾具等的協調，機床主（zhǔ）軸的構成及其可工作（zuò）的範（fàn）圍，能真實地仿真機床和刀具的動作等。特別是近幾年來，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（chū）。這類（lèi）nc仿真軟件中，有不少軟件具有（yǒu）極為（wéi）優（yōu）異的（de）性能（néng），如可從金（jīn）屬（shǔ）切除體積計（jì）算出加工效（xiào）率;根據金屬切除體積來判斷切削加（jiā）工是否產生過載;如果負荷固（gù）定，由於進給速度過高而產生過載，仿真軟件可調整（zhěng）進給速度，防止過載產生，並可縮（suō）短切（qiē）削加工時間（jiān）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（bèi）加工材料因（yīn）塑性變形而產生熱量，被切除（chú）材（cái）料不斷擦過刀具（jù）前刀（dāo）麵形成刀屑後（hòu）被（bèi）排出，以（yǐ）及由刀（dāo）具（jù）切削刃切除不需要的材料而在工件（jiàn）上（shàng）形成已加工麵等，並將這一係列切（qiē）削（xuē）過程通（tōng）過計算機模擬出來（lái），目前能達到這種理想（xiǎng）目標的產品（pǐn）還為數不多。third wave systems公司的“advantedge”是采用有限（xiàn）元法對（duì）切削加工進行特殊優化解析（xī）的軟件產品，與用於構造（zào）解析的有限元法程序包（bāo）比較，其最大優點是用戶界（jiè）麵優良，機械加工的技術人員能方便地進行解析。美國scientific forming technologies公司的“deform”是鍛造（zào）等塑性變形加工用有限元法（fǎ）解析程（chéng）序（xù）包，最近已被轉用於（yú）切削（xuē）加（jiā）工。

　　切削過程是切屑、被加工材（cái）料的彈性（xìng）變形和塑性變形的變形過程，與衝壓、鍛（duàn）造等塑性變形比較，變形（xíng）速度（單位時間產生的變形量）非常大，由此產（chǎn）生的塑性變形（xíng）能量和前刀（dāo）麵上由摩擦（cā）產生的能量將引起（qǐ）發熱，從而（ér）使溫度大幅度升高，刀尖在連續而狹小的範（fàn）圍使被加工材料破壞、分離成切屑和已加工麵等，這是切（qiē）削（xuē）過程的（de）顯著特征。而（ér）這些現象彼此間存在複雜的相互影（yǐng）響。

　　如（rú）果（guǒ）用有限元解析方式，需輸入下列內容：被加工材料特性及（jí）摩（mó）擦狀態等物理特性;切削（xuē）條件及刀具形狀等邊界條件。通（tōng）過有限元解析（xī）剛性方程（chéng），可輸出切削力、剪切角（jiǎo）、切削溫度等帶（dài）有切屑生成狀態特征的量化參（cān）數，在此過程中，無需建立數學模型或提出（chū）假設。根據有限元解析的結果，還易於將切屑生（shēng）成過程、應力、變形等物理量實現可視化（huà）。

　　要（yào）獲得高精度解析結果，最為重要的輸入內（nèi）容是反映被加工材料應力——變形（xíng）關係的材料特性，而（ér）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。能否迅速普及的關鍵在於能否及時向用（yòng）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真技術軟件

　　目（mù）前，許多科技人員正在進行生產工（gōng）程中最基（jī）礎的切削加（jiā）工技術的研究，其（qí）中多數研究的目的是在（zài）弄清（qīng）楚加（jiā）工現象的（de）同時，對加工過程進行（háng）預測。如（rú）果這些研究內容實現了係統的計算機軟件化，就意味著能形成一個切（qiē）削仿（fǎng）真（zhēn）技術軟件。如東京（jīng）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（yán）究體係，橫向（xiàng）與產品設（shè）計到加（jiā）工工序相對應;在縱向上越往上，實用性越好，往（wǎng）下則不僅是實用性，還包括加工現象的解析和實現可視化。

1.刀具信息數據庫和解析仿真技術並用的切削條（tiáo）件選擇係統

　　在實際的切削過程中，不應照（zhào）搬工具廠提供的推薦切削條件，而應根據機床、工具係統、工（gōng）件裝卡等具體情況，反複進行試切削來修正切削條件。同（tóng）時還應將過（guò）去加工中積累的（de）行之有（yǒu）效的參考數據輸入數據庫，在有效利用這（zhè）些數據的同時，借（jiè）助解析（xī）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（de）切削（xuē）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（děng）設定為解析內容，在解析的基礎上，就能（néng）選擇出最佳的刀具和調整切削條件。

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

　　本文擬（nǐ）用圖例表示平頭立銑刀加工的最佳銑削效率和最佳化側（cè）麵的形狀誤差（chà）。根據數據庫選擇所需刀具和刀夾，預測由立銑（xǐ）刀和刀夾的彎曲度及（jí）卡頭和主軸錐度結合部分的旋轉變化所導致的加工誤（wù）差。切削力的（de）預測采用刀尖處的切削力乘以比（bǐ）切削抗力的（de）模式。這是一（yī）種（zhǒng）最簡便（biàn）的（de）的（de）方法，但卻得到了（le）切（qiē）削力波形與實測值（zhí）一致的良（liáng）好結果。計算（suàn）出每一瞬間由（yóu）切削力引（yǐn）起的刀具撓曲量，將其和形成（chéng）已加（jiā）工麵的切削刃位（wèi）置的位移相連（lián）就能得到已加工麵的形狀。與大（dà）規模有限（xiàn）元法的計算比較（jiào），計算時間是非常少（shǎo）的，輸入刀具信息和切削（xuē）條件信息，就能容易地仿真加工誤差（chà）。

　　盡管數據庫裏已具有確實適應的切削加工條件，人們仍希望進一步減少加工誤差，提高加工效率。實例表（biǎo）明，用這種仿真和實現最佳化（huà）方式（shì）來修正切削條件是完全可能的。

2.立銑刀加工時的刀具溫度

　　近年來，高速銑削已很普遍，由經驗得知，它適用於小切深、大進給的銑削條件，而把握最佳條件卻相當困難。銑削加工與（yǔ）車削加工（gōng）不同（tóng），前者屬於斷續切削，在加工過（guò）程中，刀具升溫和冷卻高速地反複進行。由於熱傳導（dǎo）給刀具——切屑接觸部分是斷續進行的，必（bì）須根據這一特征來解析刀具溫度的變化。熱傳（chuán）導量對預（yù）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行大（dà）規模計算，因此可快速（sù）獲得解析結果。切削速度、切深、進給的組合（hé）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（dī），溫度降低往往會使進給速度（dù）的（de）提高達到極限，而提高進給速度（dù），加工表麵（miàn）就（jiù）會變得（dé）粗糙。因此，如（rú）果能很好地平衡（héng）粗糙度和溫度的關（guān）係，就能夠選（xuǎn）擇到兩者相互平衡（héng）的切削條件。

3.用（yòng）有限元法進行切削（xuē）過程（chéng）的物理仿真

　　在用（yòng）有限（xiàn）元法進行切削過程的物（wù）理仿真中，作為切削（xuē）條件輸入的內容包括：切削速度、切（qiē）削厚度、刀具前角、刀具（jù）後角、工件材料特性等。對這些參數進（jìn）行解析後，就能獲得切削力、切（qiē）屑形狀、刀具和切屑上的溫度分布、應力分布、形變分布（bù）、殘餘應力分布等（děng）物理特性輸出結果。

　　這種仿真對特殊切削狀態（如動（dòng）態切削）也是適用的。切削成波形表麵的波形切除過（guò）程（wave removal）和刀具邊（biān）振動邊切削的波形生成過程都顯示出在（zài）切屑厚度（dù）變薄的過程中（zhōng），剪切角（jiǎo）變小、變形集中而產生大（dà）的變形。在這樣的動態切削（xuē）過程（chéng）中，剪切角發生變化，與此（cǐ）相對應的是切屑生成的（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（bǐ）。由與刀尖切削厚度的變動相對應的剪（jiǎn）切角度變化圖可知，即使刀尖切削（xuē）厚度相同，振幅增大時比振幅（fú）減（jiǎn）小時的剪（jiǎn）切角還大，利薩如（lissajou）圖形下方呈凸半月（yuè）形。根據這樣（yàng）的解析結（jié）果，才能使現象的可視化（huà）及理解成為可能（néng），從而開發出更為（wéi）實用的高精度（dù）近似解析（xī）法（fǎ）。

　　另外，對於材料特性不同的（de）複合金屬材料的切（qiē）削加工，以及象超聲波振動切削那樣的刀具在切削方（fāng）向邊振動邊斷（duàn）續切削等加工，均（jun1）可采用物理仿（fǎng）真技術進行解析。由鐵（tiě）素體和珠光體以層狀（zhuàng）分布時的（de）解析實例可（kě）知，由於各層分布的位置不同（tóng），切屑卷曲的狀態有很大的差異。如果在材料設（shè）計中能夠有（yǒu）效應用物理仿真的解析結果，就有可能實現不依靠斷屑槽來進行切屑處理。在超聲波（bō）振動切（qiē）削中切削力減小（xiǎo），是因為振動切削的振（zhèn）動頻率大大高於刀（dāo）具（jù）——被加工材料係統（tǒng）固有振動頻率。這種解析所獲得的切削力是斷續作用在刀具（jù）和（hé）切屑（xiè）間的力，假設沒有摩（mó）擦減小等其它因（yīn）素的影響，這種切削力和通常的切削（xuē）是一樣的。