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當(dāng)前，我國(guó)正處于由制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，裝備制造業(yè)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的基礎(chǔ)，切削刀具則是裝備制造業(yè)的重要配套。一直以來(lái)，傳統(tǒng)刀具切削研究以機(jī)床試驗(yàn)為主要方式，然而，機(jī)床試驗(yàn)設(shè)備成本高、耗時(shí)長(zhǎng)，在一定程度上限制了切削刀具的發(fā)展。伴隨著信息時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和有限元仿真軟件迅速發(fā)展，基于有限元軟件的刀具切削仿真應(yīng)用日益普及，為刀具切削研究提供了全新的思路。

高應(yīng)力和高溫區(qū)域容易導(dǎo)致刀具磨損和工件表面質(zhì)量下降，因此需要通過(guò)優(yōu)化切削工藝參數(shù)（如降低切削速度、增加進(jìn)給量）、改善冷卻條件等措施來(lái)降低損傷風(fēng)險(xiǎn)。（2） 拓展：本方法可擴(kuò)展至其他切削加工場(chǎng)景（如銑削、磨削、鏜削）或材料類(lèi)型（如鋁合金、鈦合金、復(fù)合材料），通過(guò)調(diào)整熱源模型、刀具幾何參數(shù)和邊界條件，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域應(yīng)用。

在金屬加工領(lǐng)域，切削液是保障CNC加工精度、延長(zhǎng)刀具壽命的核心工業(yè)耗材，但不少制造企業(yè)在選購(gòu)和使用中常常陷入困境：加工鋁合金、不銹鋼、鑄鐵等多種材質(zhì)時(shí)，不得不分槽換液，頻繁停工耽誤生產(chǎn)；普通切削液易變質(zhì)發(fā)臭，換液周期短，每年采購(gòu)和廢液處理成本居高不下；潤(rùn)滑性能不足導(dǎo)致刀具磨損快，斷刀率高，工件光潔度不達(dá)標(biāo)；泡沫多、異味重影響車(chē)間環(huán)境，甚至不符合環(huán)保要求。

其能在刀具與工件表面形成牢固油膜，有效減少金屬摩擦與刀具磨損，尤其適合重載、低速加工場(chǎng)景，可避免工件出現(xiàn)劃痕、燒傷等缺陷。但切削油冷卻性較差，且不易清洗，長(zhǎng)期使用可能因積碳影響加工精度，同時(shí)環(huán)保處理成本相對(duì)較高。 切削液則分為乳化液（微乳半合成、全合成）等水基類(lèi)型，以水為載體搭配化學(xué)添加劑制成，兼具冷卻與清潔雙重優(yōu)勢(shì)。

圖8 切削力系數(shù)、比切削力、切削力等隨未切削切屑厚度和切削刃半徑的變化b）在微銑削加工中，微銑刀剛度相對(duì)較差，導(dǎo)致它對(duì)切削力非常敏感，如圖9所示。圖9 微銑削中切削條件對(duì)切削力影響的有限元模型c）刀具刃口半徑、刀具磨損、刀具涂層和微觀(guān)尺度材料均勻性等對(duì)于微銑削質(zhì)量的影響不可忽略。

金屬加工時(shí)，刀具與工件、切屑之間會(huì)產(chǎn)生劇烈的摩擦和擠壓，易出現(xiàn)粘刀、崩刀、工件表面產(chǎn)生毛刺等問(wèn)題。切削液能在刀具與工件的接觸表面形成一層均勻、致密的潤(rùn)滑膜，有效降低接觸部位的摩擦系數(shù)，減少金屬之間的直接接觸，緩解切削過(guò)程中的摩擦阻力，讓切削、磨削動(dòng)作更順暢，同時(shí)能減少刀具的磨損，延長(zhǎng)刀具的使用壽命，也能提升工件表面的光潔度，保障加工精度。 冷卻作用是切削液的重要功能，用于解決加工中的高溫問(wèn)題。

切削液能在刀具與工件接觸表面形成一層潤(rùn)滑膜，有效減少摩擦系數(shù)，降低切削阻力，讓切削過(guò)程更順暢，既延長(zhǎng)了刀具的更換周期，減少刀具采購(gòu)成本，又能提升工件的加工精度與表面質(zhì)量，減少后續(xù)打磨、修復(fù)等工序。 切削液還具備優(yōu)秀的排屑與清潔功能。加工過(guò)程中產(chǎn)生的金屬切屑若不能及時(shí)排出，會(huì)堆積在加工區(qū)域，反復(fù)摩擦工件表面與刀具，造成二次劃傷，甚至卡滯刀具、損壞設(shè)備。

將切削刀具視為剛體，在切削刀具上設(shè)置參考點(diǎn)RP來(lái)約束其運(yùn)動(dòng)，這樣不僅便于切削力的提取，也便于對(duì)刀具施加約束條件。本模型中巖石材料與刀具之間的接觸采用Node-to-Surface接觸，即在每一個(gè)增量步都重新定義接觸，從而實(shí)現(xiàn)切削過(guò)程中巖石與刀具的動(dòng)態(tài)接觸，法向接觸為硬接觸，切向接觸面采用罰函數(shù)來(lái)定義摩擦，取摩擦系數(shù)為0.3。

具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。從刀具的耐用度出發(fā)，切削用量的選擇順序是：先確定背吃刀量，其次確定進(jìn)給量，最后確定切削速度。2、背吃刀量的確定　背吃刀量由機(jī)床、工件和刀具的剛度來(lái)決定，在剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。

金屬加工時(shí)，刀具與工件、切屑之間的干摩擦?xí)a(chǎn)生巨大阻力，不僅增加設(shè)備能耗，還會(huì)加速刀具磨損，縮短刀具使用壽命，頻繁換刀既增加生產(chǎn)成本，又會(huì)中斷生產(chǎn)流程。優(yōu)質(zhì)切削液能在摩擦表面形成一層潤(rùn)滑膜，有效降低摩擦系數(shù)，減少刀具磨損和設(shè)備損耗，延長(zhǎng)刀具和機(jī)床的使用壽命，同時(shí)降低加工過(guò)程中的能耗，讓切削過(guò)程更順暢。 切削液還能起到清潔排屑與防銹保護(hù)的重要作用。

由于切削時(shí)切削力大，切削熱高，刀具與切屑的直接摩擦加劇，所以導(dǎo)致刀具材料與工件材料產(chǎn)生親和作用，加上材料硬質(zhì)點(diǎn)的存在和嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象，刀具在切削過(guò)程中易產(chǎn)生黏結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、磨料磨損和溝紋磨損，使刀具喪失切削的能力。切削時(shí)的切屑為帶狀的纏繞屑，既不安全，又影響切削過(guò)程的順利進(jìn)行，也不便于處理。在加工中容易產(chǎn)生熱變形，因而一些精密尺寸和形狀不易保證。

潤(rùn)滑抗磨性是核心，優(yōu)質(zhì)切削液能在刀具與工件表面形成致密穩(wěn)定的潤(rùn)滑膜，可通過(guò)抗磨測(cè)試判定，指標(biāo)達(dá)標(biāo)者能有效減少刀具磨損、避免粘刀崩刀，保障工件表面精度；潤(rùn)滑性不佳的切削液會(huì)導(dǎo)致加工表面出現(xiàn)毛刺、劃痕，大幅縮短刀具壽命。冷卻性能要求切削液具備良好的熱傳導(dǎo)性，能快速帶走加工產(chǎn)生的熱量，防止工件與刀具過(guò)熱變形，尤其適配高速、重負(fù)荷切削工況。

在切削螺距較大的螺紋時(shí)，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差；但是其加工的牙形精度較高，因此一般多用于小螺距螺紋加工。由于其刀具移動(dòng)切削均靠編程來(lái)完成，所以加工程序較長(zhǎng)；由于刀刃容易磨損，因此加工中要做到勤測(cè)量。 2、G92直進(jìn)式切削方法簡(jiǎn)化了編程，較G32指令提高了效率。

潤(rùn)滑性方面，可通過(guò)簡(jiǎn)單的試用對(duì)比，優(yōu)質(zhì)切削液能有效減少刀具與工件的摩擦，加工過(guò)程中無(wú)明顯刺耳噪音，工件表面無(wú)劃痕、毛刺，刀具磨損速度慢；劣質(zhì)切削液則易出現(xiàn)干磨、粘刀現(xiàn)象，加工后工件表面精度差，刀具易崩刃、磨損。

在切削螺距較大的螺紋時(shí)，由于切削深度較大，刀刃磨損較快，從而造成螺紋中徑產(chǎn)生誤差；但是其加工的牙形精度較高，因此一般多用于小螺距螺紋加工。由于其刀具移動(dòng)切削均靠編程來(lái)完成，所以加工程序較長(zhǎng)；由于刀刃容易磨損，因此加工中要做到勤測(cè)量。 2、G92直進(jìn)式切削方法簡(jiǎn)化了編程，較G32指令提高了效率。

粗加工環(huán)節(jié)切削量較大、產(chǎn)熱多，核心需求是快速冷卻，應(yīng)選用冷卻性能突出的切削液，及時(shí)帶走加工熱量，防止工件與刀具過(guò)熱變形；精加工環(huán)節(jié)對(duì)工件表面精度、光潔度要求高，需優(yōu)先考慮潤(rùn)滑性能優(yōu)異的切削液，減少刀具與工件的摩擦，提升加工表面質(zhì)量；磨削加工尤其是光學(xué)玻璃、金屬研磨等精密磨削，要選用清潔性好、雜質(zhì)含量低的切削液，避免磨屑?xì)埩粲绊懩ハ骶取?/div>