切削动力学仿真软件CUTPRO铣削过程仿真模块应用初探
切削仿真研究报告总结
切削仿真研究报告总结
本次切削仿真研究报告总结了我们的研究结果和结论。
研究旨在使用切削仿真技术来评估刀具的性能和切削过程的效果，以指导实际加工过程的优化。
首先，我们使用了一种广泛应用的切削仿真软件来模拟不同切削参数下的加工过程。
我们采用了工业常见的均匀负荷法来计算切削力，并使用有限元分析方法来计算切削过程中的应力和变形。
通过调整切削速度、进给速度和切削深度，我们考察了不同参数对切削力、切削温度和切削表面质量的影响。
通过仿真实验，我们得出了以下几点结论。
首先，切削速度对切削力和切削温度有显著影响。
随着切削速度的增加，切削力和切削温度逐渐下降。
这是由于高切削速度下刀具与工件之间的滑动减少，产生的摩擦热也随之降低。
其次，进给速度对切削力和切削温度也有显著影响。
随着进给速度的增加，切削力和切削温度呈现出上升的趋势。
较高的进给速度导致切削力的增加，同时也增加了切削区域的摩擦热。
最后，切削深度对切削力和切削温度的影响相对较小。
我们观察到，切削深度的增加并没有明显改变切削力和切削温度的趋势。
这表明，在适当的范围内增加切削深度对切削过程的效果影响较小。
综上所述，本次切削仿真研究通过使用切削仿真技术，深入分析了切削参数对切削过程的影响。
我们发现切削速度和进给速
度对切削力和切削温度具有显著影响，而切削深度的影响相对较小。
这些结论为优化切削参数提供了指导，能够帮助提高切削效率和加工质量。
在实际应用中，我们可以根据具体工件材料和切削条件，通过合理调整切削参数来优化加工过程，并达到更好的加工效果。
基于Deform仿真平台的铣削加工切削深度和进给速度分析
先通过UG软件构建尺寸为φ=0.4mm其导入ABAQUS内完成建模过程。
为提高计算精度与处理效率，对工件结构进行简化得到图2所示的结果。
具体包含了以下各仿真步骤：高的运算效率，将质量缩放因子设定在10。
2仿真结果分析图3显示了在铣削期间发生切屑脱落而造成温度与切屑的改变情况。
可以明显看到，铣削加工切削温度在刀面处获得最高的温度，这是因为铣削时在刀面处会产生明显的摩擦生热现象，产生很多的热量进而转变成刀具的温度，只剩下少量热量会残留于工件上，应重点对最高切削温度进行研究。
切削深度处于恒定的进给速率与进给速度条件下，随着切削深度的变化，将会引起工件达到不同的温度。
从图1000r/min转速下设定进给速度为10mm/min0.01~0.05mm的切削深度范围内工件形成的最高温度。
图1摩擦接触模型图2工件与刀具装配关系图3铣削切削过程图4温度随切削深度变化情况根据图4可知，当切削深度增大后，将会引起切削温度的升高，这是由于当切深度增大后，将会引起切削部位形成更多的热量，同时获得更大的切屑长度、体积与表面由此得到不同的加工环境，导致切削温度不会发生同等比例的提高。
2.2进给速度图5显示了在其它参数恒定的状态下，在不同的进给速度下切削温度发生的改变。
可以发现，切削温度同样受到进给速度的较大影响，当进给速度逐渐增大后，切削温度开始上升，而在达到某一临界值后，切削温度发生降低的现象，最大值发生在进给速度20mm/min时。
这是因为在更大进给速度下，将会引起材料去除体积的显著增加，从而造成热量积累，但增加幅度变化相对稳定，甚至发生降低的情况。
进给速度增大，会引起切削温度的上升，同时表现为温度上升速率不断增大的特征，产生这一变化趋势的原因是切削热来自第一变形区塑性变形过程以及刀具发生摩擦时产生的热量，大部分切削热都是出现在靠近刀具面的3结论先通过UG软件构建刀具，再将其导入ABAQUS成建模过程。
仿真结果得到：①铣削加工切削温度在刀面处获得最高的温度，这是因为铣削时在刀面处会产生明显的摩擦生热现象，产生很多的热量进而转变成刀具的温度。
多学科仿真技术在金属切削中的应用
多学科仿真技术在金属切削中的应用随着科技的不断进步和发展，多学科仿真技术在金属切削中的应用越来越广泛。
多学科仿真技术是将多个学科领域中的知识和技术结合起来，利用计算机模拟和模型分析的方法，对金属切削过程进行全面、深入地研究和分析。
本文将从切削力分析、切削温度分析和刀具寿命分析三个方面介绍多学科仿真技术在金属切削中的应用。
首先，多学科仿真技术在金属切削中的应用之一是切削力分析。
在金属切削过程中，切削力是一个非常重要的参数，它直接影响着加工质量和加工效率。
通过多学科仿真技术可以模拟和分析切削力的大小和分布情况。
根据切削理论和机械力学原理，结合金属材料的性质和切削参数，可以建立切削力的数学模型，并通过仿真软件进行仿真计算。
通过仿真分析，可以优化切削过程中的切削参数，减小切削力的大小，提高加工效率和加工质量。
其次，多学科仿真技术在金属切削中的应用之二是切削温度分析。
在金属切削过程中，高温对工件和刀具都会产生重要的影响。
切削温度的高低直接影响着切削表面的质量和刀具的寿命。
通过多学科仿真技术可以模拟和分析切削温度的变化规律。
通过建立切削温度模型，并结合材料热力学性质和切削参数，可以通过仿真软件进行温度场的仿真计算。
通过仿真分析，可以优化切削过程中的切削参数，减小切削温度的大小，提高加工质量和刀具寿命。
最后，多学科仿真技术在金属切削中的应用之三是刀具寿命分析。
在金属切削过程中，刀具寿命是一个重要的指标，它直接关系到加工效率和加工成本。
通过多学科仿真技术可以模拟和分析刀具寿命的变化规律。
通过建立刀具磨损和断裂的数学模型，并结合材料力学性能和切削参数，可以通过仿真软件进行寿命预测和寿命优化。
通过仿真分析，可以优化切削过程中的切削参数和刀具材料，延长刀具的使用寿命，提高加工效率和降低加工成本。
综上所述，多学科仿真技术在金属切削中的应用具有重要意义。
通过切削力分析、切削温度分析和刀具寿命分析，可以优化切削过程中的切削参数、提高加工质量和加工效率、降低加工成本。
机床切削动力学模拟及其应用
机床切削动力学模拟及其应用随着工业技术的不断发展和进步，机床的自动化水平也在逐步提高。
在现代机床加工生产中，切削动力学模拟已经被广泛应用，这不仅可以提高加工效率，还能有效地保障加工的质量和稳定性。
本文将就机床切削动力学模拟及其应用展开探讨。
一、机床切削动力学的概念机床切削动力学主要是研究在机床上进行切削加工时，工具、工件等件件之间所产生的相互作用力学过程。
通俗点讲，它就是一种研究相互作用的力学学科，主要关注的是机床切削加工中产生的力、温度和应力等变量及它们之间的相互影响关系。
机床切削动力学对模具、金属加工等行业影响很大，是现代机床制造和应用领域的关键技术之一。
通常情况下，机床切削动力学分为实验研究和数值仿真两种方法。
实验研究主要是通过实验室测试来周期性地检测切削抱死探针力、切屑形式、表面粗糙度等参数来分析切削过程的简化描述。
数值仿真是通过计算数据来分析实际切削过程，包括预测切削参数、优化刀具工艺和根据所预测的数据调整工具切削轮廓等。
二、机床切削动力学模拟的基本流程机床切削动力学模拟是一种计算机软件模拟技术，主要运用的是有限元法和计算流体力学法来模拟切削过程。
有限元法是一种将工件分解成网络模型的数学方法。
可以将工件模型分解成多个小单元，并在每个单元之间建立微分方程来描述力、温度和应力等状态。
从而得出整个工件力学变化过程。
由于有限元法模型的精度和计算速度都很高，所以近年来，有限元法在模拟切削动力学中得到了广泛的应用。
通常情况下，有限元法的缺点是不够直观，动画化程度低，无法直观地观察物理效应。
计算流体力学法是一种用于研究液体、气体和固体相互作用的数学方法，其中的大量方程研究的是流体的运动和行为，包括加速度、速度和压强等状态。
与有限元法相比，计算流体力学法更加真实地模拟了加工过程中液体、气体、流动的行为和相互作用，但这种方法的缺点是计算时间相对较长且能耗较高。
三、机床切削动力学模拟的应用1.预测加工过程和结果。
机械工程中的切削力仿真分析
机械工程中的切削力仿真分析机械加工过程中，切削力是一个非常重要的物理量，它的大小和方向会直接影响到加工精度和工件表面质量。
然而，在实际加工过程中，切削力是很难直接测量的，所以需要通过仿真分析的方法来预估切削力的大小和方向。
本文将探讨机械工程中的切削力仿真分析方法及其应用。
1.切削力的来源在机械加工中，切削力主要来自于以下几方面的因素：(1)切削区的物理特征：包括切削区的切削角、切削深度、进给量等几何参数，以及刀具和工件材料的硬度、强度等物理特性。
(2)加工参数：如刀具的锋角和后角、材料的切削速度、进给速度和切削深度，以及加工冷却液的流量和压力等。
(3)机床和刀具状况：机床和刀具的刚性、精度和磨损等因素也会对切削力产生影响。
2.切削力的计算方法切削力的计算方法主要分为经验公式法和数值仿真法两种。
其中，经验公式法主要是通过根据历史数据和经验关系来推导计算公式，一般适用于简单的加工过程和较为常见的材料；数值仿真法则是通过建立切削过程的物理模型来进行计算和分析，可以较为准确地预测切削力的大小和方向，适用于较为复杂的加工过程和材料。
数值仿真法主要分为有限元法和边界元法两种。
其中，有限元法是通过将加工过程抽象为一个有限元模型，在这个模型中计算力学变量的变化，来预测切削力的大小和方向；而边界元法则是通过在加工区域的表面上定义边界条件和切割区，并在此基础上计算力的分布，来预测切削力的大小和方向。
3.切削力仿真在机械工程中的应用切削力仿真在机械工程中有着广泛的应用，下面列举几个代表性的应用场景：(1) 优化加工参数：通过切削力仿真，可以预测不同加工参数下的切削力变化规律，寻找最优的加工参数组合，从而提高加工效率和加工质量。
(2) 帮助工艺设计：通过切削力仿真，可以较为准确地预测加工过程中的力和应力分布情况，帮助设计师对工艺进行合理设计，提高工件的稳定性和可靠性。
(3) 优化机床结构：通过切削力仿真，可以了解不同机床设计的刚性和精度，寻找最优的机床结构和机床参数组合，提高机床的性能和可靠性。
CFRP铣削有限元模型建立及切削力仿真分析
CFRP铣削有限元模型建立及切削力仿真分析杨振朝杨福杰肖继明元振毅李言（西安理工大学机械与精密仪器工程学院，西安710048）文摘为探索碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）铣削加工过程中切削力与工艺参数之间的映射关系，建立CFRP铣削加工有限元仿真模型并对切削力进行分析。
基于ABAQUS软件通过定义材料属性、材料失效模型、纤维铺层数和纤维方向建立了CFRP铣削加工二维有限元仿真模型，并对该模型进行了实验验证。
基于该模型，分析了切削力与纤维方向角、铣削速度、每齿进给量和刀具前角等工艺参数之间的映射关系。
仿真结果表明：纤维方向角从0°增大到90°，切削力呈现降低趋势，而纤维方向角从90°增大到180°，切削力呈现增大趋势。
随着切削速度和每齿进给量的增大，切削力随之增大，而随着刀具前角增大，切削力随之减小。
关键词CFRP，切削力，纤维方向角，铣削速度，刀具前角中图分类号：TG156DOI：10.12044/j.issn.1007-2330.2019.03.007 Establishment of Finite Element Model for Milling CFRP and SimulationAnalysis of Cutting ForcesYANG Zhenchao YANG Fujie XIAO Jiming YUAN Zhenyi LI Yan （School of Mechanic and Precision Instrument Engineer，Xi’an University of Technology，Xi’an710048）Abstract In order to explore the mapping relations between cutting force and process parameters during milling process of carbon fiber reinforced composite（CFRP），the finite element model of CFRP milling process and simulation analysis of cutting force were carried out.Based on ABAQUS software，the CFRP milling finite element model was established by defining material properties，material failure models，fiber layup and fiber orientation，and the model was verified by cutting experiments.Based on the model，the influence of process parameters such as fiber orientation angle，milling speed，feed per tooth and rake angle on cutting force is analyzed.The simulation results show that the cutting forces decrease with the increase of the fiber angle from0°to90°，while the cutting force increase with the increase of the fiber angle from90°to180°.The cutting force increases with increasing milling speed and feed per tooth，and decreases as the tool rake angle increases.Key words CFRP，Cutting force，Fiber orientation angle，Milling speed，Tool rake angle0引言碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）以其比强度和比模量高、耐腐蚀性能好等特点，在航空航天领域应用越来越广泛［1-2］。
铣削加工过程动力学建模仿真技术研究进展
起刀具 、零件显著的加工变形 ，导致 了加工表面与期 望值之 间存在较 大偏差 。对 于弱 刚性工 艺系统 来讲 ，
颤振时有发生 ，因此在实际加工时往往采用试切后 的
日益激烈 ，怎样充分发挥铣削加工机床 、刀具 的最大 利用 率 ，满足在提高零件加工质量 的同时尽可能地缩 短加工时间和降低生 产成本 一直是 值得 深究 的课题 。 传统 的 Ｃ Ｄ Ｃ Ｍ 软件均是基于零件 的理想几 何形状 Ａ／Ａ 来确 定切削策略和规划刀轨 ，然而它们对影 响加工质 量 的显著 因素 （ 铣削 力和 颤振 ） 却无 能 为力 。铣 削 力仿 真在物理仿真 中占有非常重要 的地位 ，它不仅是 物理仿 真的主要 内容 ，又是颤振预报 、加工表面形貌
铣 削加 工 过程 动 力学 建模 仿真 技 术研 究 进 展
吴春桥 ，张胜 文 ，仝永海 ，方喜峰
（ 江苏科技 大学现 代制 造技 术研 究所 ，江 苏镇 江 ２ ２０ ） １０３
摘要 ：从数控 铣削加工过程铣削力建模仿 真、颤振 离线预测 出发 ，分 析 了铣 削力 建模方法 、颤振产 生的机理 。论述 了 铣削力仿真 、预测 Байду номын сангаас制颤振 的重要性和必要性 以及 国内外的研究现状 ，并指 出了该领域今后 主要的研究方 向。 关键 词 ：铣 削加工 ；动力学建模 ；铣削力 ；颤振 中图分 类号 ：Ｔ Ｓ １１ Ｇ ０ ． 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ — ８ １ （０ １ ９—１ １ ５ ０ １ ３ ８ ２ １ ）１ ２ —
铣 削加工是一种重要 的机械加工工艺 ，在整个机
就必须对切削加工 中发生 的振动特别是颤振 的原 因及
其 防治方法进行深入研究 。铣削过程 中的铣削力会引
铣削加工中的加工过程仿真
铣削加工中的加工过程仿真随着科技的不断发展和创新，现代工业加工技术越来越精细，人们对加工质量的要求也越来越高。
铣削加工是一种常见的加工方法，通过将机床上的铣削刀具与被加工材料产生相对运动，实现对工件表面的切削加工。
在现代工业加工中，铣削加工已经成为了高精度加工的主要手段。
然而，如何精准地控制铣削加工过程，提高加工精度和效率是工业加工技术中的重要问题。
针对这一问题，加工过程仿真技术得到了广泛的应用。
加工过程仿真技术是将加工过程中的各种参数，如材料的切削特性、铣削刀具的运动轨迹和加工参数等通过计算机模拟，还原出加工过程中的真实情况。
通过加工过程仿真技术的应用，可以大大提高加工质量和效率，降低成本和风险。
在铣削加工过程中，刀具贯穿工件会产生较大的振动，影响加工质量和效率。
因此，通过仿真工具模拟刀具的振动状态是非常必要的。
根据加工过程仿真的原理，可以通过建立铣削过程的数学模型，获得关键的加工参数，比如刀具的运动轨迹、加工速度、切削深度和切削力等。
这些参数对于优化铣削加工过程非常重要。
同时，通过仿真工具也可以得到铣削加工过程中的金属切削热、切削液体积以及铣削加工过程的声压级等。
这些参数可以用于指导实际加工过程的优化和改进，从而提高加工效率和质量。
在实际的铣削加工过程中，切削刃具是铣削质量和效率的关键。
由于加工过程中切削刃具容易受到磨损和损伤，刀具寿命和性能是影响加工质量和效率的重要因素。
经常使用仿真工具模拟加工过程，评估不同刀具材料的性能，预测刀具寿命，确保铣削加工过程的高效和准确性。
当然，加工过程仿真技术并不是铣削加工过程中的唯一问题。
铣削加工技术涉及到许多方面，例如材料物理学、机械工程学、计算机科学和控制工程等。
在实践中，我们需要结合实际情况，综合运用传统的工艺技术和现代的仿真技术，来探索更加高效、灵活和精准的加工工艺。
总的来说，加工过程仿真技术在铣削加工过程中有着广泛的应用和作用。
通过仿真工具模拟加工过程，可以快速准确地分析和评估加工质量和效率，找到问题的根源，提高加工质量和效率，降低生产成本和风险。
普通削及外圆磨削虚拟仿真实验报告
普通削及外圆磨削虚拟仿真实验报告一、引言普通削及外圆磨削是机械加工领域中常用的工艺方法之一。
为了更好地理解和掌握这一工艺的特点和优化方法，我们进行了虚拟仿真实验。
本报告将详细介绍实验的目的、方法、结果和结论。
二、实验目的本次实验的目的是通过虚拟仿真，模拟普通削及外圆磨削的过程，探索不同参数对加工质量的影响，并找到最佳的加工参数组合。
三、实验方法我们使用了虚拟仿真软件进行实验。
首先，我们建立了普通削及外圆磨削的物理模型，并设置了不同的切削速度、进给速度、切削深度等参数。
然后，通过运行虚拟仿真软件，获得了加工过程中的各种数据，如切削力、表面粗糙度等。
最后，我们对实验数据进行分析和比较，找出最佳的加工参数组合。
四、实验结果经过分析和比较，我们得出了以下实验结果：1. 切削速度对加工质量的影响较大。
当切削速度较低时，加工精度较高，但加工效率较低；当切削速度较高时，加工效率较高，但加工精度较低。
2. 进给速度对加工质量的影响较小。
增大进给速度可以提高加工效率，但对加工精度的影响较小。
3. 切削深度对加工质量的影响也较小。
增大切削深度可以提高加工效率，但对加工精度的影响较小。
五、实验结论通过本次虚拟仿真实验，我们得出了以下结论：1. 在进行普通削及外圆磨削时，切削速度是一个重要的参数，需要根据具体情况进行选择，以平衡加工精度和效率的要求。
2. 进给速度和切削深度对加工质量的影响较小，可以根据生产需求进行调整。
六、实验意义本次虚拟仿真实验为我们深入理解普通削及外圆磨削的工艺特点提供了有力的支持。
通过探索不同参数对加工质量的影响，我们可以更好地优化工艺流程，提高生产效率和产品质量。
七、展望虚拟仿真技术在机械加工领域中的应用前景广阔。
进一步的研究可以探索更多的加工参数和优化方法，提高加工效率和精度，为工业生产带来更大的益处。
八、总结本次虚拟仿真实验详细介绍了普通削及外圆磨削的过程和结果。
通过分析实验数据，我们得出了切削速度、进给速度和切削深度对加工质量的影响，并提出了相应的结论和展望。
五轴数控加工中心切削稳定性研究综述
五轴数控加工中心切削稳定性研究综述沈山山;钟建琳;米洁【摘要】五轴数控加工中心的切削稳定性是影响其切削效率的重要因素。
在阐述切削稳定性预测过程的基础上，对国内外学者在切削稳定性分析方面的研究成果进行了综合介绍。
重点论述了切削力的建模方法以及切削力系数辨识方法，并对切削稳定性仿真方法进行了归纳。
分析了在切削稳定性分析研究方面存在的不足，并提出今后稳定性分析的发展方向。
%The cutting stability of five-axis NC machining center is one of the important factors which affect the cutting efficiency. The process of cutting stability prediction is introduced, and its research results at home and abroad are summarized. In addition, the methods of modeling cutting forces and identifying cutting force coefficients are elaborated. Moreover, the stability simulation meth-ods are summarized. The shortcoming of the cutting stability study is analyzed. At the same time, the future development direction of the cutting stability analysis is put forward.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】3页(P6-8)【关键词】五轴加工中心;切削稳定性;切削力建模;综述【作者】沈山山;钟建琳;米洁【作者单位】北京信息科技大学机电学院，北京100192;北京信息科技大学机电学院，北京100192;北京信息科技大学机电学院，北京100192【正文语种】中文【中图分类】TG502.140 引言五轴数控技术是目前难度较大和应用范围较广的数控技术，五轴数控加工中心主要应用于复杂曲面的加工，在航空、航天、军事工业等重要领域起到了举足轻重的作用，也标志着一个国家的生产设备自动化技术水平的高低。
铣削仿真系统的开发与应用_万敏
铣削仿真系统的开发与应用万敏，杨昀，张卫红（西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安 710072）摘要：铣削工艺过程的仿真已成为当今先进铣削加工技术的重要研究方向。
本文基于本课题组对铣削工艺过程力学建模和仿真的理论成果，应用C#与MATLAB 混合编程技术，开发出具有铣削力系数标定、铣削力计算、加工误差分析、表面形貌仿真等功能的铣削工艺过程仿真系统，并对该系统的铣削力计算和铣削力系数标定功能进行了简要介绍。
该系统可快速有效地预测铣削过程中的铣削力、加工零件的表面误差和表面形貌，结果可靠，具有一定的工程参考价值。
关键词：铣削；仿真；C#；MATLABDevelopment and application of millingsimulation systemWAN Min, YANG Yun, ZHANG Weihong(Key Laboratory of Contemporary Design & Integrated Manufacturing Technology, Ministry of Education, Northwestern Polytechnical University, Xi'An, Shaanxi710072, China)Abstract: Milling simulation has become a key issue for performing advanced machining technology. Based on the theoretical results, C# and MATLAB codes are integrated to develop a milling simulation system, which includes the modules of cutting force coefficient calibration, cutting force prediction, form errors prediction and surface topography simulation. As an example, a brief introduction to the cutting force prediction module and cutting force coefficients calibration module is given. This system can effectively predict the cutting force, the form error and the surface topography, etc. The prediction results are reliable and useful for practical engineering case.Key words: milling; simulation; C#; MATLAB1 引言随着数控技术的不断普及和应用，切削加工的加工效率和加工质量已经比早些年有大幅度的提高。
仿真模拟方法在金属切削刀具性能评估中的应用研究
仿真模拟方法在金属切削刀具性能评估中的应用研究随着工业化进程的加速和现代制造技术的不断发展，金属切削加工作为一种高效且广泛应用的制造方法，对刀具的性能要求也越来越高。
为了提高刀具的使用寿命、减少生产成本和改善加工质量，金属切削刀具性能的评估成为了制造业中的重要课题。
传统的试验方法需要投入大量的时间和金钱，并且无法实时获取数据，因此，仿真模拟方法应运而生，为金属切削刀具性能评估提供了新的途径。
仿真模拟方法是指使用计算机模型和数值算法来模拟真实系统的行为，并通过解算方程组得到系统的性能指标。
在金属切削刀具性能评估中的应用，主要通过建立刀具与工件的相互作用模型，进行切削过程的模拟，从而得到刀具的磨损、温度分布、工件表面质量等关键性能指标。
首先，仿真模拟方法在金属切削刀具磨损评估中起到重要作用。
磨损是刀具寿命的关键因素之一。
传统试验方法需要大量的时间和成本，而且无法对刀具的不同工况进行评估。
而仿真模拟方法可以基于有效的切削力和切削温度模型，快速准确地预测刀具的磨损情况。
通过对刀具不同使用寿命下磨损的模拟计算，可以得到刀具的寿命曲线，为刀具的选择和更换提供了科学依据。
其次，仿真模拟方法可以用于预测刀具与工件之间的接触表面温度分布。
在金属切削加工中，切削区温度的分布非常重要，直接影响切削过程中刀具的热膨胀、热应力和热变形等。
传统试验难以实时测量和监测切削过程中的温度变化。
而仿真模拟方法通过建立热传导模型和流体力学模型，可以准确地预测切削区的温度分布。
这将有助于优化切削参数，提高加工质量和刀具的使用寿命。
最后，仿真模拟方法还可以用于评估金属切削加工过程中工件表面的质量。
工件表面的质量是加工过程中的重要指标之一，直接影响到工件的使用性能。
传统试验方法需要等到加工完成后才能进行表面质量的测试，而且测试结果难以快速获取和应用于下一步的工艺优化。
而仿真模拟方法可以通过建立表面形貌模型，预测加工过程中的表面质量。
这将有助于实时监控和调整加工过程，提高加工效率和产品质量。
数控仿真软件在加工中心铣削实例的应用
数控仿真软件在加工中心铣削实例的应用*姚辉苗（山西水利职业技术学院，山西太原030032）摘要：在数控仿真软件VNUC5的FANUC 0i Mate-TC 数控系统中，导入手工编写的铣削零件程序，进行模拟仿真加工，将验证正确的程序在实训室加工中心上进行零件铣削加工。
该应用可提高教学效果和生产加工效率，实现理实一体化教学。
关键词：数控；VNUC5；仿真；铣削加工中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1009－9492(2019)08－0012－03Application of NC Simulation Software in Milling Example of Machining CenterYAO Hui-miao（Shanxi Conservancy Technical College ，Taiyuan 030032，China ）Abstract:In the FANUC 0i Mate-TC numerical control system of the numerical control simulation software VNUC5,the hand-written milling partprogram was imported to simulate the milling process,and the correct program was verified to carry out the milling process on the machining center of the training room.This application can improve the teaching effect and production efficiency,and realize the integration of theory and practice.Key words:CNC ；VNUC5；simulation ；millingDOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2019.08.004*研究院级课题：《数控编程及加工技术》仿真与实训项目教学研究收稿日期：2019－03－220引言数控仿真软件是采用计算机技术的仿真模拟系统，学生通过手动编程编好加工程序，然后导入数控仿真的机床系统中，数控机床的操作加工过程三维动态逼真再现，使每个学生对数控加工建立感性认识，最后在数控加工中心进行实践加工操作[1-3]。
床身铣床切削力模型及仿真分析
床身铣床切削力模型及仿真分析引言：床身铣床是一种常用的金属加工设备，用于在工件上进行铣削加工。
在实际加工中，了解床身铣床的切削力模型和进行相应的仿真分析对于优化加工过程、提高加工效率具有重要意义。
本文将介绍床身铣床切削力模型的构建方法，并利用仿真软件对其进行分析和验证，以期为加工工程师提供参考。
1. 床身铣床切削力模型的构建方法1.1 切削力的基本概念切削力是指在切削加工过程中，刀具作用于工件的力。
在床身铣床切削过程中，切削力包括切削力、主轴力、进给力等多个力的合力。
1.2 切削力的影响因素床身铣床的切削力受到多个因素的影响，主要包括：(1) 切削条件：如切削速度、进给量、切削深度等；(2) 材料的物理性质：如硬度、韧性等；(3) 刀具的几何参数：如刀具半径、前角、侧角等；(4) 加工环境因素：如润滑剂的使用与否等。
2. 床身铣床切削力模型的建立2.1 切削力的计算方法床身铣床切削力的计算可以采用经验公式、力学模型和有限元法等多种方法。
在这里，我们以力学模型方法为例，介绍切削力模型的建立。
(1) 单刀齿切削力模型单刀齿切削力模型是最基本的切削力模型之一。
它采用切削力的叠加原理，通过刀具和工件的几何参数、材料参数等计算得到切削力的大小和方向。
(2) 多刀齿切削力模型床身铣床常用的是多刀齿铣削方法，因此，对于多刀齿切削力的计算更具实际意义。
多刀齿切削力模型不仅考虑了单个刀齿的切削力，还考虑了多个刀齿的切削力之间的相互作用。
3. 床身铣床切削力模型的仿真分析3.1 仿真软件的选择为了进行床身铣床切削力的仿真分析，我们首先需要选择合适的仿真软件。
目前市面上有很多专门用于机械加工仿真的软件，如CATIA、SolidWorks、ANSYS 等。
根据实际需求和经济考虑，我们可以选择使用其中的一款。
3.2 仿真流程和步骤在进行床身铣床切削力的仿真分析时，我们可以按照以下步骤进行：(1) 建立床身铣床的三维模型：使用CAD软件建立床身铣床的几何模型，并设置参数、约束等。
切削加工仿真技术的动向
切削加工仿真技术的动向虚拟机械加工技术（Virtual machining）已诞生很久了，随着科学技术的进步，三维计算机辅助设计被广泛应用于产品设计，在工程作业设计、加工工序设计及产品组装程度等方面，需要开发计算机辅助技术，特别是在计算机辅助工程（CAE）方面，采用有限元法（FEM）来预先解析研究与产品性能相关联的构造、热传导性以及利用计算机辅助制造（CAM）确定刀具运动轨迹的编程技术，均已渗透到工程的各个领域而被有效利用。
切削加工仿真技术的发展动向包括两个方面，其一是开发NC仿真软件，借以显示刀具运动轨迹，并判断刀具、刀夹与工件及其夹具是否产生干涉。
在进行立铣加工时，最基本的任务是切除刀具切削刃包络面通过部分的被加工材料，使保留下来的部分成为已加工面。
完成这类加工所用的软件应包括如下内容：刀具、刀具夹头、工件、夹具等的协调，机床主轴的构成及其可工作的范围，能真实地仿真机床和刀具的动作等。
特别是近几年来，由于五坐标切削加工的不断增加，在实际加工前应进行NC仿真的重要性日益突出。
这类NC仿真软件中，有不少软件具有极为优异的性能，如可从金属切除体积计算出加工效率；根据金属切除体积来判断切削加工是否产生过载；如果负荷固定，由于进给速度过高而产生过载，仿真软件可调整进给速度，防止过载产生，并可缩短切削加工时间等。
切削加工仿真技术的另一发展动向是研究解析切削加工过程中的物理现象，如被加工材料因塑性变形而产生热量，被切除材料不断擦过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，并将这一系列切削过程通过计算机模拟出来，目前能达到这种理想目标的产品还为数不多。
Third Wave Systems公司的“AdvantEdge”是采用有限元法对切削加工进行特殊优化解析的软件产品，与用于构造解析的有限元法程序包比较，其最大优点是用户界面优良，机械加工的技术人员能方便地进行解析。
高速铣削过程铣削力建模与仿真及实验研究的开题报告
高速铣削过程铣削力建模与仿真及实验研究的开题报告一、研究背景及意义高速铣削技术是在高速数控机床上进行的，其主要特点是:切削速度较高，工具进给速度也较高，铣削精度高，加工效率高等。
高速铣削加工技术的出现，不仅极大提高了工件的质量和生产效率，还有望进一步推动制造业的发展。
因此，高速铣削技术的研究和应用具有重要意义。
随着机械加工技术的进步与发展，对于高速铣削过程中铣削力、表面粗糙度、切屑形态、刀具寿命等一系列问题的研究已成为机械工程领域重要的研究方向之一。
铣削加工中的铣削力是一个非常重要的加工参数，具有直接影响到加工效率、加工质量的特点。
因此，研究铣削力的变化规律及其控制方法是提高高速铣削加工质量和效率的必要条件。
而表面粗糙度则是体现工件表面光洁度的重要指标，是直接影响到工件的功能性能的因素之一。
在高速铣削加工过程中，如何有效地预测铣削过程中的铣削力及表面粗糙度，对提高高速铣削加工质量和效率具有非常重要的意义。
因此，铣削力和表面粗糙度的预测是高速铣削加工研究的重要领域之一。
二、研究内容及方法1. 研究内容本研究的主要研究内容包括：(1) 高速铣削过程中刀具与工件的接触状态建模和仿真。
(2) 基于接触状态的铣削力计算与分析。
(3) 高速铣削加工表面粗糙度的预测与控制方法研究。
(4) 高速铣削加工过程中切削刃面磨损的分析及刀具寿命的预测。
2. 研究方法本研究的研究方法主要包括：(1) 基于有限元仿真的高速铣削加工过程建模和仿真。
(2) 基于实验测试数据的高速铣削加工过程力学特性分析。
(3) 基于人工神经网络的高速铣削加工表面粗糙度预测模型的建立。
(4) 组合多种方法，实现高速铣削加工过程中切削刃面磨损的分析及刀具寿命的预测。
三、研究计划及进度1. 研究计划(1) 第一年：建立高速铣削加工过程的有限元仿真模型，分析铣削力的变化规律。
(2) 第二年：基于实验测试数据，分析高速铣削加工过程中的力学特性，并建立高速铣削加工表面粗糙度预测模型。
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切削动力学仿真软件CUTPRO铣削过程仿真模块应用初探
作者：李鑫吴响亮仇健
来源：《CAD/CAM与制造业信息化》2014年第07期
一、引言
CUTPRO切削动力学软件是加拿大UBC大学教授Y.Altintas及其团队开发的一款用于数控机床切削颤振预测、切削动力学仿真的应用软件。
CUTPRO软件集模态分析、系统传递函数测量、数据采集和分析、主轴设计与分析、CNC加工仿真于一体，可实现铣削、车削、钻削和镗削等加工方式的切削颤振、加工过程以及虚拟CNC等仿真。
CUTPRO切削动力学仿真软件可作为传统CAM仿真软件的补充应用在加工过程量预测和优化，以及机床应用性能的评估中，并提供更为完整的过程参数预测。
二、航空薄壁零件铣削过程仿真
应用CUTPRO仿真软件进行铣削加工过程仿真。
以普通3轴铣削加工为例，首先选取铣削加工模块中的2.5轴功能，如图1所示。
该模块可进行铣削稳定域仿真、铣削过程仿真、时域稳定域仿真、切削参数优化以及切削力系数辨识，如图2所示。
在弹出菜单中选取铣削过程仿真，可进行包括切削力、刀具振动、工件振动、加工表面完整性、主轴功率和扭矩、主轴弯矩以及切屑厚度等时域状态量的计算。
这里以航空薄壁零件的铣削过程仿真作为研究对象（图3），为了更为完整地了解加工过程参数的变化状态，将上述参数全部作为计算输出。
首先，设置刀具参数，应用直径为16mm的两齿硬质合金平底立铣刀，两刀齿形式尺寸一致，刀具长度140mm，螺旋角30°，前角5°，后角5°，前轴承距铣刀端面长度200mm，如图4所示。
其次，应用锤击试验方式获得主轴-刀具系统的传递函数，并进一步辨识系统模态参数，经辨识试验用机床VMC850e在主轴 X和Y方向都具有2阶试验模态，分别对两个轴向输入前2阶固有频率及其对应的模态阻尼和模态刚度，如图5所示，并认为主轴Z方向为刚性。
随后，输入被加工材料信息，包括密度、硬度、弹性模量及与刀具匹配的切削力系数等。
值得一提的是，CUTPRO动力学仿真软件自带有一定数量的材料库，已经将国际标准上一些主流材质及多种形式刀具的匹配数据建立在数据库中，如图6所示，用户可以直接调取数据，也可以新建数据信息或依据具体应用修改数据。
此处，由于研究对象为航空结构件加工领域，
因此，选用材料库中的7075-T6航空铝合金，其密度为2.81g/cm 3，硬度为150HB，弹性模量为7.2E10 N/m2。
对于绝大多数零件加工过程，零件的结构刚度较高，并且在加工中不易因零件刚度引发颤振时，认为材料是刚性的，可不必额外研究。
但是，对于航空薄壁零件，零件的刚性一般较低，因此，利用锤击实验法获得零件的结构模态，并与机床模态参数相同的设置方法输入到零件参数中，图7为零件4阶主要模态的输入界面。
最后，对加工参数和加工方式进行设置，进行单一铣削过程仿真，主轴顺时针转动，沿薄壁零件单侧顺铣加工，如图8所示。
零件加工时，刀具沿机床X轴向进给，薄壁平面平行于机床 X轴， X轴向力为机床进给切削力，而Y轴向力为工件变形作用力。
刀具每齿进给量
0.2mm/z，轴向切深4mm，径向切深2mm，以主轴8 000r/min时的切削过程仿真进行计算，对应的刀具切削刃线速度402.124m/min，仿真长度20转，采样频率10Hz。
当所有参数设置完成后，开始计算。
三、仿真结果分析
软件将计算得到的数据进行绘制得到加工状态量与时间的关系曲线，输出切削力、刀具振动、工件振动、加工表面完整性、主轴功率和扭矩、主轴弯矩及切屑厚度等曲线，分别如图9～图11所示。
从图9切屑厚度随时间的变化曲线可知，对于顺铣加工，切屑厚度在刀齿刚刚切入工件时达到最大，并且随着刀齿切入量的增加而逐渐减小，当刀齿切出工件时，切屑厚度降低至零。
下一刀齿切入工件后，重复上述过程。
从切屑厚度的频谱分析发现，切屑厚度对应的频率是切削力频率基频的1/2倍频，其频率成分较切削力、主轴弯矩和工件振动等要多出一倍。
图10给出了机床 X、Y、Z轴切削力随时间的变化曲线，可以看出机床三个轴向的切削力都在刀齿顺铣切削初期切削量最大瞬间达到最大，并随着刀齿切入工件而逐渐减小。
Y轴为薄壁工件变形方向，由于工件变形，实际切削量略低于理论切削量，并且由于 X轴为进给方向，承担去除材料任务，其切削力高于工件变形方向Y轴的切削力。
在切削过程中，由于每个刀齿切削材料时的切屑厚度随刀具转动角度的变化情况一致，刀齿在各个轴向上分力随刀具转角的变化情况几乎完全一致，每个刀齿切削的切削力波形相似，反映在切削力频谱上具有明显的刀频及其倍频，刀频基频可由公式 fz =n*N/60计算得到。
其中，n为主轴转速，单位为
r/min；N为刀齿数。
除了按照机床轴向分解切削力外，CUTPRO软件还提供主轴径向 X和Y轴的合力以及刀具切向的切削力随时间的变化状况。
图11给出了切削薄壁零件时，工件沿机床X轴向和Y轴向的变形随刀齿切入工件的变化情况，随着刀具切入工件初期变形的逐渐加大到趋于稳定。
Y轴为工件刚度薄弱方向，也是切
屑厚度方向，当弱刚性零件发生切削颤振时，切屑厚度方向为其颤振的敏感方向。
在切削过程中，Y轴向薄壁零件的变形远大于刀具进给方向X轴向。
而刀具在X轴和Y轴方向刚度相当，主轴在两个轴向的刚度相差不大，因此，在较大切削力作用下的X轴向的刀具变形略高于Y轴向的刀具变形，如图11（b）所示。
图12主轴弯矩、扭矩和功率与切削力随刀齿切入的变化趋势相似，其频谱基频和倍频也与切削力频谱相同，说明切削力是造成包括主轴功率、扭矩等参数在内的机床负荷的主要原因，同时，切削力也是造成主轴-刀具系统弯矩增加的原因。
四、结语
综上，应用CUTPRO切削动力学仿真软件可以获得与切削加工状态有关的主轴负荷、刀具和工件的受力和变形等加工过程量，了解与机床-刀具结构和工件结构刚度有关的动力学参数对切削加工的影响，预测并检验切削力是否超出机床许用值；检验切削负荷是否超出机床主轴电机的额定功率和额定扭矩；检验设定的切削参数是否会引发颤振以及机床的切削性能。
仿真结果可以帮助机床设计人员更充分地了解机床产品的性能，可以帮助机床用户尤其是从事CAM和加工工艺的相关人员更完整地了解加工信息，检验工艺可行性，从而避免因加工参数设置不当造成的刀具破碎、机床损坏以及工件加工质量缺陷。