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當前，我國正處于由制造業大國向制造業強國轉變的關鍵時期，裝備制造業是實現產業結構調整的基礎，切削刀具則是裝備制造業的重要配套。一直以來，傳統刀具切削研究以機床試驗為主要方式，然而，機床試驗設備成本高、耗時長，在一定程度上限制了切削刀具的發展。伴隨著信息時代的到來，計算機科學和有限元仿真軟件迅速發展，基于有限元軟件的刀具切削仿真應用日益普及，為刀具切削研究提供了全新的思路。

1、 引言本教學聚焦于金屬切削加工領域，通過 Abaqus 有限元分析軟件開展三維切削過程仿真建模實踐教學。

圖6 從仿真精度和時間尺度總結切削力的有限元仿真進展c）刀具磨損的產生原因、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。d）切削過程中的應力不能在所需的時間和空間分辨率中測量，而有限元仿真可以很好的研究殘余應力的變化和分布情況，如圖7所示。

圖1 運行模擬過程界面（5）后處理 模擬過程運行結束后，可以通過軟件后處理查看模擬仿真結果，包括切削過程中切削力、切削溫度、刀具應力、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程中的溫度，如圖2所示。

2 有限元仿真軟件介紹及設置本文所采用的有限元CAE軟件為Advant Edge，是一款專業性較強、針對優化金屬切削和輔助刀具設計的軟件，提供了多種2D和3D（包括車削、銑削、鉆削和拉削等）工藝分析模塊。本文中的有限元仿真可直接采用Advant Edge自帶的二維拉削模塊進行，其大致分析流程為：刀具及工件參數設定、網格劃分、材料定義、切削參數定義、求解過程分析和仿真結果分析。

針對室內試驗研究盤形滾刀破巖過程的成本高、周期長、不便于重復性教學演示的問題，可采用數值試驗方法作為輔助或替代，用于揭示滾刀破巖機制、優化滾刀結構和切削參數。 在LS-DYNA中，常把滾刀模型整體作為剛性材料，采用MAT_RIGID進行材料參數的定義，對于剛性材料，可以通過關鍵字BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID來實現滾刀的強制位移和轉動設置。

首先創建銑削刀具的模型，命名為Tool，并創建刀具的參考點。 待切削工件采用歐拉類型進行建模，創建計算域并對其進行切分。 二、創建材料銑削是一個高速動態的過程，需同時考慮應變、應變率及溫度對被切削材料的影響，因此工件采用J-C本構。

不同切削深度下二維巖石切削分析 線性切削廣泛應用于巖石的數值試驗中，在線性切削過程中切削刀具以設定的速度劃過巖石表面，同時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性切削巖石材料仿真模型，研究切削深度對巖石切削中切削力的影響。1.計算模型運用有限元顯示動力學分析方法進行仿真模擬計算。

鎢鉬合金屬于難加工材料，加工成本高、加工效率低且刀具磨損嚴重，利用ABAQUS有限元分析軟件，建立鎢鉬合金三維銑削模型，針對不同切削參數，研究在銑削鎢鉬合金過程中產生的切削力和切削溫度的變化規律，并通過銑削試驗對仿真模型的有效性進行了驗證。

將刀具對工件的切削近似為“擠壓”過程，引入坯件表面法線使坯件點云中的點沿其法線負方向移動，避免坯件點持續移動過程中的誤差積累，提出“外偏角”處理方法，解決“擠壓”移動方法所產生的邊界點“外偏”問題。最后使用Open3d進行動態展示，較好地實現了球銑加工時坯件的狀態變化過程，仿真結果較為準確，仿真精度較高。

鎢鉬合金屬于難加工材料，加工成本高、加工效率低且刀具磨損嚴重，利用ABAQUS有限元分析軟件，建立鎢鉬合金三維銑削模型，針對不同切削參數，研究在銑削鎢鉬合金過程中產生的切削力和切削溫度的變化規律，并通過銑削試驗對仿真模型的有效性進行了驗證。通過正交試驗得到最優切削參數組合，即切削速度vc＝60m/s，背吃刀量ap＝3mm，每齒進給量fz＝0.16mm/z。

其次對于附件頭U軸聯動控制，軟件需精確模擬平旋盤U軸（徑向刀具運動）與機床Z直線軸之間的精密插補運動，還原U軸聯動軌跡，確保復雜輪廓加工的準確性。最后在精確切削與材料移除方面，仿真軟件需實高精度仿真切削過程，動態計算材料去除率，并能自動檢測過切、欠切以及刀具與夾具、機床組件之間的碰撞風險，從而保障加工安全與零件精度。