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刀具與工件材料之間接觸區(qū)域的顏色較深，表示該區(qū)域的應(yīng)力值較高，這是由于在切削過(guò)程中，工件受到擠壓和剪切力的作用，產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象。03 結(jié)論 作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各工業(yè)部門(mén)的基礎(chǔ)配套產(chǎn)業(yè)，切削刀具對(duì)提高制造業(yè)效率起著不可替代的作用。為了滿(mǎn)足制造業(yè)和科研工作者的仿真需求，神工坊高性能仿真平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具切削過(guò)程的模擬，助力提高刀具切削質(zhì)量，降低制造成本

表1　刀具規(guī)格（單位：mm） 圖1　銑刀模型表2　刀具物理參數(shù)2.2 鎢鉬合金材料本構(gòu)模型本文的仿真工件材料為鎢鉬合金，主要物理和力學(xué)性能參數(shù)見(jiàn)表3[4]。表3　鎢鉬合金材料物理參數(shù)在金屬切削加工過(guò)程中，多數(shù)情況下材料是在高溫、高應(yīng)變和高應(yīng)變速率的情況下發(fā)生彈塑性變形的，所以要建立合理的材料模型，也是模擬成功的關(guān)鍵步驟。

1、 引言本教學(xué)聚焦于金屬切削加工領(lǐng)域，通過(guò) Abaqus 有限元分析軟件開(kāi)展三維切削過(guò)程仿真建模實(shí)踐教學(xué)。

圖6 從仿真精度和時(shí)間尺度總結(jié)切削力的有限元仿真進(jìn)展c）刀具磨損的產(chǎn)生原因、分布和影響因素的仿真研究，為改善刀具表面的摩擦、磨損和失效性能，提高刀具有效壽命提供依據(jù)。d）切削過(guò)程中的應(yīng)力不能在所需的時(shí)間和空間分辨率中測(cè)量，而有限元仿真可以很好的研究殘余應(yīng)力的變化和分布情況，如圖7所示。

表1　刀具規(guī)格（單位：mm） 圖1　銑刀模型表2　刀具物理參數(shù)2.2 鎢鉬合金材料本構(gòu)模型本文的仿真工件材料為鎢鉬合金，主要物理和力學(xué)性能參數(shù)見(jiàn)表3[4]。表3　鎢鉬合金材料物理參數(shù)在金屬切削加工過(guò)程中，多數(shù)情況下材料是在高溫、高應(yīng)變和高應(yīng)變速率的情況下發(fā)生彈塑性變形的，所以要建立合理的材料模型，也是模擬成功的關(guān)鍵步驟。

圖1 運(yùn)行模擬過(guò)程界面（5）后處理 模擬過(guò)程運(yùn)行結(jié)束后，可以通過(guò)軟件后處理查看模擬仿真結(jié)果，包括切削過(guò)程中切削力、切削溫度、刀具應(yīng)力、刀具變形量和切屑的形成等。在軟件的后處理界面中，可以查看模擬加工過(guò)程中的溫度，如圖2所示。

一、創(chuàng)建仿真模型 本教程采用abaqus中CEL（耦合的歐拉-拉格朗日）方法對(duì)鈦合金（Ti6AL4V）的銑削過(guò)程進(jìn)行仿真，通過(guò)仿真結(jié)果可以提取刀具受力及溫度變化，并直觀的觀察到切屑的生成過(guò)程。模型建模均在ABAQUS CAE中完成，通過(guò)調(diào)整尺寸參數(shù)可方便的對(duì)模型進(jìn)行修改。附件中會(huì)提供CAE源文件。

同時(shí)，切削溫度及熱影響區(qū)域隨刃口半徑的增大而逐漸增大。造成此類(lèi)現(xiàn)象的原因主要有以下兩個(gè)方面：一方面，隨著微刃尺寸的不斷增大，后刀面與工件的接觸面積也不斷增加，使其摩擦力分量和第三變形區(qū)的塑性變形增加，導(dǎo)致刀具擠壓的作用大于切削的作用，從而導(dǎo)致切削溫度不斷上升；另一方面，盡管切削刃的散熱面積會(huì)隨著刀具鈍圓刃半徑的增大而不斷擴(kuò)大，但由于切削力也會(huì)伴隨刃口的增大而增加，導(dǎo)致刀具載荷增加，從而溫度升高。

不同切削深度下二維巖石切削分析 線(xiàn)性切削廣泛應(yīng)用于巖石的數(shù)值試驗(yàn)中，在線(xiàn)性切削過(guò)程中切削刀具以設(shè)定的速度劃過(guò)巖石表面，同時(shí)以不同深度切削巖石，切削破壞表層部分巖石材料。使用ABAQUS有限元軟件建立單刀線(xiàn)性切削巖石材料仿真模型，研究切削深度對(duì)巖石切削中切削力的影響。1.計(jì)算模型運(yùn)用有限元顯示動(dòng)力學(xué)分析方法進(jìn)行仿真模擬計(jì)算。

當(dāng)數(shù)控銑削刀路編寫(xiě)完成后，還需要進(jìn)行刀路仿真，通過(guò)仿真模擬檢查數(shù)控銑削是否存在刀路過(guò)切或在加工過(guò)程中撞刀等故障，對(duì)于出現(xiàn)的過(guò)切或撞刀等的刀路，應(yīng)對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行檢查，找出原因，并對(duì)其進(jìn)行修改，再重復(fù)仿真模擬，直到不發(fā)生過(guò)切或撞刀為止。

通過(guò)插入Cohesive單元生成多裂紋，可模擬不同切削參數(shù)（如刀具角度、切削速度）下巖石的損傷演化規(guī)律，預(yù)測(cè)切削過(guò)程中的崩碎區(qū)范圍與裂紋擴(kuò)展方向，為高效切削工藝參數(shù)的制定提供數(shù)值依據(jù)。

刀具經(jīng)過(guò)工件體素模型時(shí)，進(jìn)行碰撞檢測(cè)、反饋力計(jì)算等，進(jìn)而刪除刀具與工件干涉的點(diǎn)，模擬切削加工過(guò)程，在精度要求較高時(shí)需要消耗大量的計(jì)算機(jī)內(nèi)存[2,3,4,5,6]。表面網(wǎng)格模型是使用計(jì)算機(jī)對(duì)工件進(jìn)行CAD建模時(shí)的常用保存方式，由頂點(diǎn)和頂點(diǎn)間線(xiàn)段近似表示工件表面，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量小，常用于應(yīng)力分析、虛擬裝配等，缺點(diǎn)是能表示的表面質(zhì)量較低，易產(chǎn)生扁平單元，降低穩(wěn)定性[7,8,9]。

abaqus擁有強(qiáng)大的顯示動(dòng)力學(xué)求解能力，應(yīng)用abaqus的Explicit做了個(gè)牙輪鉆頭切削巖石的案例，總結(jié)以下幾個(gè)遇到的問(wèn)題：1.不開(kāi)多線(xiàn)程可以正常求解，一開(kāi)多線(xiàn)程就報(bào)錯(cuò)？

其次對(duì)于附件頭U軸聯(lián)動(dòng)控制，軟件需精確模擬平旋盤(pán)U軸（徑向刀具運(yùn)動(dòng)）與機(jī)床Z直線(xiàn)軸之間的精密插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，還原U軸聯(lián)動(dòng)軌跡，確保復(fù)雜輪廓加工的準(zhǔn)確性。最后在精確切削與材料移除方面，仿真軟件需實(shí)高精度仿真切削過(guò)程，動(dòng)態(tài)計(jì)算材料去除率，并能自動(dòng)檢測(cè)過(guò)切、欠切以及刀具與夾具、機(jī)床組件之間的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，從而保障加工安全與零件精度。

仿真現(xiàn)實(shí)世界 ，作者心印玅經(jīng)

一、工件過(guò)切原因：1、彈刀，刀具強(qiáng)度不夠太長(zhǎng)或太小，導(dǎo)致刀具彈刀。2、操作員操作不當(dāng)。3、切削余量不均勻。（如：曲面?zhèn)让媪?.5，底面留0.15）4、切削參數(shù)不當(dāng)（如：公差太大、SF設(shè)置太快等）。改善：1、用刀原則：能大不小、能短不長(zhǎng)。2、添加清角程序，余量盡量留均勻，（側(cè)面與底面余量留一致）。

波形線(xiàn)粗加工過(guò)程中，盡可能使用更長(zhǎng)的切削刃參與切削，使刀具磨損由更多的切削刃承擔(dān)，而不是像常規(guī)粗加工那樣一直用刀尖在切削。減少了刀具橫向切削量，可確保切削負(fù)載保持恒定，且有利于排屑，這樣大部分的切削熱量都被切屑帶走，進(jìn)一步延長(zhǎng)了刀具的使用壽命。“在整個(gè)加工過(guò)程中，切削進(jìn)給速率可一直保持在一個(gè)最優(yōu)的速度上。有效提高刀具使用壽命、減少刀具損壞。”