切削加工仿真技術(shù)的發(fā)展動向包括兩個方面溪客，其一是開發(fā)nc仿真軟件肤狞，借以顯示刀具運動軌跡，并判斷刀具瞧纹、刀夾與工件及其夾具是否產(chǎn)生干涉硫薇。

　　在進行立銑加工時宴宠，最基本的任務(wù)是切除刀具切削刃包絡(luò)面通過部分的被加工材料，使保留下來的部分成為已加工面但治。完成這類加工所用的軟件應(yīng)包括如下內(nèi)容：刀具碾危、刀具夾頭、工件玖膨、夾具等的協(xié)調(diào)些搅，機床主軸的構(gòu)成及其可工作的范圍，能真實地仿真機床和刀具的動作等赛邢。特別是近幾年來，由于五坐標(biāo)切削加工的不斷增加猛蔽，在實際加工前應(yīng)進行nc仿真的重要性日益突出剥悟。這類nc仿真軟件中，有不少軟件具有極為優(yōu)異的性能曼库，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(chǎn)生過載;如果負荷固定区岗，由于進給速度過高而產(chǎn)生過載，仿真軟件可調(diào)整進給速度毁枯，防止過載產(chǎn)生慈缔，并可縮短切削加工時間等。

　　切削加工仿真技術(shù)的另一發(fā)展動向是研究解析切削加工過程中的物理現(xiàn)象种玛，如被加工材料因塑性變形而產(chǎn)生熱量藐鹤，被切除材料不斷擦過刀具前刀面形成刀屑后被排出，以及由刀具切削刃切除不需要的材料而在工件上形成已加工面等赂韵，并將這一系列切削過程通過計算機模擬出來娱节，目前能達到這種理想目標(biāo)的產(chǎn)品還為數(shù)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(yōu)化解析的軟件產(chǎn)品祭示，與用于構(gòu)造解析的有限元法程序包比較肄满，其最大優(yōu)點是用戶界面優(yōu)良，機械加工的技術(shù)人員能方便地進行解析质涛。美國scientific forming technologies公司的“deform”是鍛造等塑性變形加工用有限元法解析程序包拭兢，最近已被轉(zhuǎn)用于切削加工。

　　切削過程是切屑胯炊、被加工材料的彈性變形和塑性變形的變形過程孟掺，與沖壓、鍛造等塑性變形比較抬而，變形速度(單位時間產(chǎn)生的變形量)非常大最勤，由此產(chǎn)生的塑性變形能量和前刀面上由摩擦產(chǎn)生的能量將引起發(fā)熱，從而使溫度大幅度升高墓老，刀尖在連續(xù)而狹小的范圍使被加工材料破壞坚矢、分離成切屑和已加工面等晾游，這是切削過程的顯著特征。而這些現(xiàn)象彼此間存在復(fù)雜的相互影響翁纵。

　　如果用有限元解析方式丽信，需輸入下列內(nèi)容：被加工材料特性及摩擦狀態(tài)等物理特性;切削條件及刀具形狀等邊界條件。通過有限元解析剛性方程沐恨，可輸出切削力物忠、剪切角、切削溫度等帶有切屑生成狀態(tài)特征的量化參數(shù)狡忙，在此過程中梳虽，無需建立數(shù)學(xué)模型或提出假設(shè)。根據(jù)有限元解析的結(jié)果灾茁，還易于將切屑生成過程窜觉、應(yīng)力、變形等物理量實現(xiàn)可視化北专。

　　要獲得高精度解析結(jié)果禀挫，最為重要的輸入內(nèi)容是反映被加工材料應(yīng)力——變形關(guān)系的材料特性，而材料特性的獲取是極為費力的工作拓颓。今后语婴，隨著計算機功率的增大，這種切削過程的物理仿真技術(shù)將會逐漸普及驶睦。能否迅速普及的關(guān)鍵在于能否及時向用戶提供所需的被加工材料的材料特性砰左。

　　按需開發(fā)切削加工仿真技術(shù)軟件

　　目前，許多科技人員正在進行生產(chǎn)工程中最基礎(chǔ)的切削加工技術(shù)的研究啥繁，其中多數(shù)研究的目的是在弄清楚加工現(xiàn)象的同時菜职，對加工過程進行預(yù)測。如果這些研究內(nèi)容實現(xiàn)了系統(tǒng)的計算機軟件化头熏，就意味著能形成一個切削仿真技術(shù)軟件睬漩。如東京農(nóng)工大學(xué)機械學(xué)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(shù)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系转挽，橫向與產(chǎn)品設(shè)計到加工工序相對應(yīng);在縱向上越往上漫诬，實用性越好，往下則不僅是實用性届审，還包括加工現(xiàn)象的解析和實現(xiàn)可視化胀垃。

　　1.刀具信息數(shù)據(jù)庫和解析仿真技術(shù)并用的切削條件選擇系統(tǒng)

　　在實際的切削過程中，不應(yīng)照搬工具廠提供的推薦切削條件噪旭，而應(yīng)根據(jù)機床据滑、工具系統(tǒng)、工件裝卡等具體情況垢蔑，反復(fù)進行試切削來修正切削條件培晓。同時還應(yīng)將過去加工中積累的行之有效的參考數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫涡写，在有效利用這些數(shù)據(jù)的同時，借助解析方法使切削條件達到最佳化;對于沒有參考數(shù)據(jù)的新的切削加工廓握，則應(yīng)開發(fā)與此相關(guān)的切削條件選擇系統(tǒng)搅窿。該系統(tǒng)中把振動、加工精度隙券、刀具升溫男应、刀具壽命、殘余應(yīng)力等設(shè)定為解析內(nèi)容娱仔，在解析的基礎(chǔ)上沐飘，就能選擇出最佳的刀具和調(diào)整切削條件。

　　本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)大致分為三個部分：刀具信息數(shù)據(jù)牲迫、工具系統(tǒng)組成薪铜、切削條件。在切削條件中可積累有效的切削加工技術(shù)參數(shù)恩溅。

　　本文擬用平頭立銑刀加工的最佳銑削效率和最佳化側(cè)面的形狀誤差。根據(jù)數(shù)據(jù)庫選擇所需刀具和刀夾谓娃，預(yù)測由立銑刀和刀夾的彎曲度及卡頭和主軸錐度結(jié)合部分的旋轉(zhuǎn)變化所導(dǎo)致的加工誤差脚乡。切削力的預(yù)測采用刀尖處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滨达，但卻得到了切削力波形與實測值一致的良好結(jié)果奶稠。計算出每一瞬間由切削力引起的刀具撓曲量，將其和形成已加工面的切削刃位置的位移相連就能得到已加工面的形狀恃打。與大規(guī)模有限元法的計算比較钟唯，計算時間是非常少的，輸入刀具信息和切削條件信息市缠，就能容易地仿真加工誤差焚痰。

　　盡管數(shù)據(jù)庫里已具有確實適應(yīng)的切削加工條件，人們?nèi)韵ＭM一步減少加工誤差羔辉，提高加工效率盯萄。實例表明，用這種仿真和實現(xiàn)最佳化方式來修正切削條件是完全可能的睁衰。

　　2.立銑刀加工時的刀具溫度

　　近年來用牲，高速銑削已很普遍，由經(jīng)驗得知蝴趾，它適用于小切深勋酿、大進給的銑削條件，而把握最佳條件卻相當(dāng)困難愿味。銑削加工與車削加工不同博个，前者屬于斷續(xù)切削怀樟，在加工過程中，刀具升溫和冷卻高速地反復(fù)進行坡倔。由于熱傳導(dǎo)給刀具——切屑接觸部分是斷續(xù)進行的漂佩，必須根據(jù)這一特征來解析刀具溫度的變化。熱傳導(dǎo)量對預(yù)測精度影響很大罪塔，但不需要對切屑生成狀態(tài)的變形和熱解析相聯(lián)系進行大規(guī)模計算投蝉，因此可快速獲得解析結(jié)果。切削速度征堪、切深瘩缆、進給的組合將影響最高溫度，當(dāng)加工效率一定時佃蚜，提高進給速度庸娱，刀具溫度就會降低，溫度降低往往會使進給速度的提高達到極限谐算，而提高進給速度熟尉，加工表面就會變得粗糙。因此佳抗，如果能很好地平衡粗糙度和溫度的關(guān)系坠街，就能夠選擇到兩者相互平衡的切削條件。

　　3.用有限元法進行切削過程的物理仿真

　　在用有限元法進行切削過程的物理仿真中灵科，作為切削條件輸入的內(nèi)容包括：切削速度墅失、切削厚度、刀具前角揭轰、刀具后角筑渴、工件材料特性等。對這些參數(shù)進行解析后少炎，就能獲得切削力磕阱、切屑形狀、刀具和切屑上的溫度分布瓜释、應(yīng)力分布草嫉、形變分布、殘余應(yīng)力分布等物理特性輸出結(jié)果险锻。

　　這種仿真對特殊切削狀態(tài)(如動態(tài)切削)也是適用的症慰。切削成波形表面的波形切除過程(wave removal)和刀具邊振動邊切削的波形生成過程都顯示出在切屑厚度變薄的過程中，剪切角變小现喳、變形集中而產(chǎn)生大的變形凯傲。在這樣的動態(tài)切削過程中，剪切角發(fā)生變化嗦篱，與此相對應(yīng)的是切屑生成的變形范圍大小也發(fā)生變化冰单，因此切削力與刀尖的切削厚度不成正比幌缝。由與刀尖切削厚度的變動相對應(yīng)的剪切角度變化圖可知，即使刀尖切削厚度相同诫欠，振幅增大時比振幅減小時的剪切角還大涵卵，利薩如(lissajou)圖形下方呈凸半月形。根據(jù)這樣的解析結(jié)果荒叼，才能使現(xiàn)象的可視化及理解成為可能轿偎，從而開發(fā)出更為實用的高精度近似解析法。

　　另外被廓，對于材料特性不同的復(fù)合金屬材料的切削加工坏晦，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(xù)切削等加工，均可采用物理仿真技術(shù)進行解析嫁乘。由鐵素體和珠光體以層狀分布時的解析實例可知昆婿，由于各層分布的位置不同，切屑卷曲的狀態(tài)有很大的差異永努。如果在材料設(shè)計中能夠有效應(yīng)用物理仿真的解析結(jié)果贞倒，就有可能實現(xiàn)不依靠斷屑槽來進行切屑處理。在超聲波振動切削中切削力減小散苦，是因為振動切削的振動頻率大大高于刀具——被加工材料系統(tǒng)固有振動頻率汇割。這種解析所獲得的切削力是斷續(xù)作用在刀具和切屑間的力，假設(shè)沒有摩擦減小等其它因素的影響勘职，這種切削力和通常的切削是一樣的。

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