刀具的物理仿真因素研究分析

切削力是物理仿真中的基本因素，通常被認(rèn)為單位時(shí)間材料去除率的函數(shù)。據(jù)此可得到刀具大致的受力情況，之后再用有限元法進(jìn)行進(jìn)一步處理得到切削力在刀具上的具體分布。

　　物理仿真主要是力學(xué)仿真，研究工件在切削時(shí)的物理狀態(tài)，只有對(duì)物理仿真的機(jī)理研究透徹，才能真正意義上的滿足虛擬制造的目的，即實(shí)際加工過(guò)程在計(jì)算機(jī)上的真實(shí)映射。

　　物理仿真的主要內(nèi)容包括切削力仿真、加工誤差仿真、切屑的生成過(guò)程仿真、刀具的偏移、變形和磨損仿真、及數(shù)控切削機(jī)床的振動(dòng)與溫度仿真等。

　　影響工件加工誤差的因素主要為定位誤差，其他影響因素還包括機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度誤差、刀具尺寸誤差、主軸便移、導(dǎo)軌變形、夾緊力、刀具、零件熱變形和彈性變形誤差及加工方法引起的誤差等。根據(jù)這些誤差的影響程度大小不同，加入權(quán)值的概念，進(jìn)行模糊綜合評(píng)判即可得加工精度的總誤差。

　　切削生成過(guò)程的實(shí)時(shí)仿真是虛擬數(shù)控與實(shí)際加工“無(wú)縫連接”和同步顯示的主要環(huán)節(jié)，切削的生成、卷取、折斷以及生成的形狀受很多因素的影響，如刀具的幾何形狀、切削液、工件和刀具的材料，以及刀具與工件的受力情況。研究表明，當(dāng)切削厚度很小時(shí)，切削厚度與切削力呈線性關(guān)系。

　　刀具的磨損和偏移會(huì)很大的影響到數(shù)控加工的加工誤差和產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，每單位進(jìn)給距離與單位面積的刀具磨損體積與切削溫度和壓應(yīng)力有關(guān)。將刀具簡(jiǎn)化為懸臂梁，其主要受力為刀頭受到的切削力，經(jīng)計(jì)算即可得到刀具的偏移。

　　加工溫度是影響刀具和工件加工屬性的一個(gè)重要因素，其中磨削和車(chē)削的加工過(guò)程是連續(xù)的，較易用公式描述，而銑削是間歇性切削，需要用一些修正來(lái)進(jìn)行描述。

　　 動(dòng)力可能引起的振動(dòng)也將影響工件的加工表面精度。對(duì)機(jī)床振動(dòng)的實(shí)時(shí)仿真可以提供避免或減少振動(dòng)的依據(jù)，合理的選擇加工條件。對(duì)機(jī)床振動(dòng)的影響中，有兩個(gè)比較顯著的因素：（1）機(jī)床、工件及刀具和隨切削力向量的位置和方向變化的系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。（2）與切削力相關(guān)的加工材料、刀具形狀和材料、切削狀況、刀具磨損類型和磨損量等變化的動(dòng)力學(xué)行為。

　　切屑和刀具面的摩擦力影響著切屑的形狀、系統(tǒng)的溫度等許多因素。摩擦力在刀具切削刃進(jìn)入工件到離開(kāi)工件的時(shí)間內(nèi)是變化的，切削摩擦力的大小與系統(tǒng)溫度之間相互影響，這就需要互相協(xié)調(diào)這幾個(gè)因素，而得到最優(yōu)的加工效果。

　　給出的這些因素只是在數(shù)控加工中會(huì)影響到最后工件質(zhì)量的一些因素，這些因素之間也會(huì)相互影響，有些也會(huì)成為設(shè)計(jì)中需直接考慮的因素，所以在綜合考慮這些因素的時(shí)候應(yīng)當(dāng)相互協(xié)調(diào)以得到最佳的加工結(jié)果。