在切削加工中，切削參數(shù)選擇的不適當(dāng)將產(chǎn)生很多不良影響，如零件的幾何精度和表面質(zhì)量差、振動嚴(yán)重或切削力過大，過大的振動和切削力將使刀具壽命短或損傷機(jī)床主軸等零件，所以制造企業(yè)在新產(chǎn)品的實際生產(chǎn)之前，將花費(fèi)很多時間做大量切削實驗去選擇合適的切削條件。此外，對高生產(chǎn)率的追求和新刀具材料的出現(xiàn)使工業(yè)界采用更冒險的切削參數(shù)，選擇優(yōu)化的切削參數(shù)就更難。?
    目前用于切削加工參數(shù)選擇的方法主要是過去的經(jīng)驗、大量的實驗和試錯法，這是導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)準(zhǔn)備時間長的一個主要原因。制造業(yè)正致力于縮短產(chǎn)品開發(fā)準(zhǔn)備時間，加工過程仿真是縮短產(chǎn)品開發(fā)準(zhǔn)備時間的有效方法，對給定生產(chǎn)條件無需進(jìn)行昂貴耗時的真實切削加工實驗，就可預(yù)測切削加工性能。?

    1.制造業(yè)對仿真的需求?
    美國每年用于機(jī)械加工上的費(fèi)用超過2千億美元，占其國內(nèi)生產(chǎn)總值的2%，花在所有機(jī)械加工（包括成型和壓力加工）上總費(fèi)用很高。由于加工過程的復(fù)雜性，很多因素均采用經(jīng)驗的方法確定。加工參數(shù)的選擇（如切削速度、進(jìn)給量和刀具選擇）總是通過大量的實驗確定，實驗費(fèi)用昂貴，且得到的結(jié)果經(jīng)常不是最優(yōu)的。美國肯納公司的調(diào)查證明了這一點。他們發(fā)現(xiàn)：美國制造業(yè)正確選擇刀具的概率小于50%，所選的切削速度只是其能達(dá)到切削速度的58%，刀具只發(fā)揮了38%的功效。這些次優(yōu)的選擇結(jié)果估計每年浪費(fèi)一百億美元。國際競爭的壓力迫使制造業(yè)通過加工過程建模和仿真來尋求更復(fù)雜、更有效的選擇加工參數(shù)的方法。

    2.需要解決的建模問題?
    加工過程建模和仿真的關(guān)鍵技術(shù)問題可以分成三類：模型的擴(kuò)充和完善、模型的集成和模型的應(yīng)用。為了更好地仿真切削加工過程，必須很好地解決以下問題。?
    （1）切削力模型的校驗。幾十年來，各國學(xué)者建立了大量的各種切削加工切削力模型。但由于考慮的影響因素和采用的研究方法不同，結(jié)果相差很大，要對加工過程準(zhǔn)確仿真，必須對切削力模型進(jìn)行校驗。（2）建立模型數(shù)據(jù)庫。除了校驗切削力模型，加工數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)也是一個需要密切關(guān)注的實際問題。成功地建立切削力學(xué)模型需要依靠相關(guān)數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確度，研究人員和用戶都可建立數(shù)據(jù)庫并存儲切削力、切削條件、工件、刀具材料、刀具幾何參數(shù)和其他像加工表面光潔度這樣的數(shù)據(jù)。確定數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，使其具有填加、刪除、檢索和檢查復(fù)制信息等功能。測量到的力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成切削系數(shù)不是一個標(biāo)準(zhǔn)的過程，切削條件和切削系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系對不同的模型是變化的。研究人員可把他們的修正系數(shù)加到數(shù)據(jù)庫中，大致地修正切削系數(shù)，在實際預(yù)測切削力時，采用修正的切削力學(xué)模型。 ?
    （3）切屑流出模型。采用切屑流出模型預(yù)測切屑流出角，切屑流出角的校驗需要進(jìn)行斜角切削實驗。對雙刃切削，切屑流出角的校驗要分別進(jìn)行。另一方面，切屑流出的解析模型在很廣的范圍內(nèi)是有效的，但還需研究這些模型對曲線切削刃的應(yīng)用及刀片槽型對切屑流出角的影響。
    （4）刀具磨損對切削力的影響。大多數(shù)已有的加工模型都沒有考慮刀具磨損對切削力的影響。因為實際加工中所用的刀具多數(shù)已有所磨損，因此需要預(yù)測刀具磨損（特別是后刀面磨損）對切削力的影響。（5）動態(tài)切削力模型。雖然目前開發(fā)的各種加工過程模型已比較成熟，能夠精確地預(yù)測剛性加工系統(tǒng)的切削力（靜態(tài)切削力），但更需要建立動態(tài)切削力模型，更好地預(yù)測各種因素的影響。 ?
    （6）切屑控制。在連續(xù)切削加工過程中，切屑折斷是一個很大的問題，為了控制切屑的形成，使切屑易于折斷，已經(jīng)開發(fā)了大量刀片槽型。但大多數(shù)切削力模型是基于平前刀面刀片的，沒有考慮這些切屑折斷器的幾何形狀。目前，企業(yè)大量使用的是具有三維槽型的刀具。所以在切削加工建模中考慮三維槽型的影響很重要。?#p#分頁標(biāo)題#e#
    （7）動態(tài)模型集成。動態(tài)模型的兩個主要組成部分是機(jī)床動力學(xué)和工件—夾具動力學(xué)。應(yīng)該把它們集成在一起，建立一個動態(tài)模型。為此，所用的方法必須一致，關(guān)鍵是動力學(xué)轉(zhuǎn)換函數(shù)、質(zhì)量—剛度矩陣、動力學(xué)實驗特性或幾何形狀的數(shù)字定義和反饋模型，還應(yīng)考慮過程阻尼及結(jié)構(gòu)阻尼的影響。?
    （8）開發(fā)與CAD/CAM軟件的接口。為了預(yù)測復(fù)雜零件加工的切削條件，工件的幾何和剛度信息應(yīng)輸入到仿真程序。所以，需要在CAD/CAM軟件和加工過程模型之間有接口。一些CAD/CAM軟件在這方面做得很好。它使用戶能用由CAD/CAM軟件生成的NC代碼仿真加工過程并檢驗設(shè)計規(guī)程。但很多商業(yè)CAD/CAM軟件缺乏這個特點，為達(dá)到這個目的，一個理想的方法是采用PDES/STEP產(chǎn)品模型標(biāo)準(zhǔn)，它使得加工過程模型便于在不同CAD/CAM系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換。
    （9）用戶界面的開發(fā)。對加工過程仿真軟件的一個重要要求是有一個友好的用戶界面。為使企業(yè)接受，這方面特別重要。為響應(yīng)用戶輸入各種輸入?yún)?shù)、運(yùn)行仿真程序、顯示運(yùn)算結(jié)果（力、振動、表面光潔度、形狀誤差、平面度等），應(yīng)設(shè)計一圖形交互環(huán)境。?
    本文在已建立的銑削力模型基礎(chǔ)上，開發(fā)與CAD/CAM軟件I-Deas的接口，在建立的網(wǎng)絡(luò)制造環(huán)境中，通過仿真切削過程的動態(tài)力學(xué)特性來優(yōu)選切削參數(shù)。?

    3.基于網(wǎng)絡(luò)的仿真環(huán)境?
    隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，Internet己成為一個大的分布式計算平臺。Web瀏覽器由于具有良好的跨平臺和多媒體功能，越來越受到人們的青睞。瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，簡稱B/S）體系結(jié)構(gòu)是一種基于Web的三層計算模型。它由瀏覽器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器組成。
    瀏覽器/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)利用超文本傳輸協(xié)議HTTP（Hypertext Transfer Protocol）的消息傳遞機(jī)制，客戶端通過瀏覽器訪問服務(wù)器并發(fā)出服務(wù)請求，服務(wù)器進(jìn)行相應(yīng)的處理后將響應(yīng)結(jié)果返回給客戶端。與傳統(tǒng)的Client/Server（簡稱C/S）結(jié)構(gòu)相比，B/S結(jié)構(gòu)具有以下特點：?
    C/S結(jié)構(gòu)必須根據(jù)客戶端所使用的操作系統(tǒng)及訪問的后臺應(yīng)用的不同，安裝不同的軟件；而B/S結(jié)構(gòu)簡化了客戶端軟件，只需安裝Web瀏覽器作為客戶端應(yīng)用的運(yùn)行平臺，而將所有的開發(fā)、維護(hù)和升級工作集中在服務(wù)器端；?
    C/S結(jié)構(gòu)需要混合多種傳輸協(xié)議；而在B/S結(jié)構(gòu)中，所有的系統(tǒng)都使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信；
    C/S結(jié)構(gòu)需要不斷地使用新的版本，以更新用戶系統(tǒng)；而在B/S結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)版本的升級及維護(hù)是在Web服務(wù)器端進(jìn)行的，用戶需要訪問時才進(jìn)行動態(tài)下載。這樣就保證了用戶每次使用的都是最新的版本。從以上介紹和比較可以看出，B/S體系結(jié)構(gòu)具有靈活方便、構(gòu)建費(fèi)用較低和強(qiáng)大的交互功能等優(yōu)點，因而B/S體系結(jié)構(gòu)在如今CAM/CAM軟件的開發(fā)中處于非常重要的地位，本文采用B/S體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了切削力模型的網(wǎng)絡(luò)化仿真。?

    4.銑削力的仿真?
    本文在已有的銑削力模型基礎(chǔ)上，開發(fā)與CAD/CAM軟件I-Deas的接口，實現(xiàn)了銑削力仿真。制造工程師通過網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行加工過程仿真系統(tǒng)，在自己的計算機(jī)上可以看到加工過程中的切削參數(shù)、作用在刀具上的力和其他相關(guān)的參數(shù)。通過調(diào)整最初的加工策略并重新運(yùn)行仿真系統(tǒng)，可以確定優(yōu)化的加工過程。
    通過仿真加工過程，制造工程師不再需要采用實際試切的方法，就可直接選用最佳參數(shù)進(jìn)行實際生產(chǎn)，使生產(chǎn)率高、原材料和能源浪費(fèi)少并減少對機(jī)床的損害等。完善的加工過程模型還可預(yù)測零件的加工質(zhì)量等。這大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，并實現(xiàn)了資源共享。?#p#分頁標(biāo)題#e#
    本文分析了加工過程仿真需要解決的各種建模問題，提出一種基于網(wǎng)絡(luò)的加工過程仿真的實現(xiàn)方法，為構(gòu)建完整的基于網(wǎng)絡(luò)的加工過程仿真系統(tǒng)，還有很多工作要做，特別是加工過程建模問題。建立完整、準(zhǔn)確、實用的模型，是實現(xiàn)加工過程仿真的根本保證。