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

    1.制造業對仿真的需求?
    美國每年用于機械加工上的費用超過2千億美元，占其國內生產總值的2%，花在所有機械加工（包括成型和壓力加工）上總費用很高。由于加工過程的復雜性，很多因素均采用經驗的方法確定。加工參數的選擇（如切削速度、進給量和刀具選擇）總是通過大量的實驗確定，實驗費用昂貴，且得到的結果經常不是最優的。美國肯納公司的調查證明了這一點。他們發現：美國制造業正確選擇刀具的概率小于50%，所選的切削速度只是其能達到切削速度的58%，刀具只發揮了38%的功效。這些次優的選擇結果估計每年浪費一百億美元。國際競爭的壓力迫使制造業通過加工過程建模和仿真來尋求更復雜、更有效的選擇加工參數的方法。

    2.需要解決的建模問題?
    加工過程建模和仿真的關鍵技術問題可以分成三類：模型的擴充和完善、模型的集成和模型的應用。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，結果相差很大，要對加工過程準確仿真，必須對切削力模型進行校驗。（2）建立模型數據庫。除了校驗切削力模型，加工數據庫的建立和維護也是一個需要密切關注的實際問題。成功地建立切削力學模型需要依靠相關數據庫的準確度，研究人員和用戶都可建立數據庫并存儲切削力、切削條件、工件、刀具材料、刀具幾何參數和其他像加工表面光潔度這樣的數據。確定數據庫結構，使其具有填加、刪除、檢索和檢查復制信息等功能。測量到的力的數據轉換成切削系數不是一個標準的過程，切削條件和切削系數之間的函數關系對不同的模型是變化的。研究人員可把他們的修正系數加到數據庫中，大致地修正切削系數，在實際預測切削力時，采用修正的切削力學模型。 ?
    （3）切屑流出模型。采用切屑流出模型預測切屑流出角，切屑流出角的校驗需要進行斜角切削實驗。對雙刃切削，切屑流出角的校驗要分別進行。另一方面，切屑流出的解析模型在很廣的范圍內是有效的，但還需研究這些模型對曲線切削刃的應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已有所磨損，因此需要預測刀具磨損（特別是后刀面磨損）對切削力的影響。（5）動態切削力模型。雖然目前開發的各種加工過程模型已比較成熟，能夠精確地預測剛性加工系統的切削力（靜態切削力），但更需要建立動態切削力模型，更好地預測各種因素的影響。 ?
    （6）切屑控制。在連續切削加工過程中，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，已經開發了大量刀片槽型。但大多數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#分頁標題#e#
    （7）動態模型集成。動態模型的兩個主要組成部分是機床動力學和工件—夾具動力學。應該把它們集成在一起，建立一個動態模型。為此，所用的方法必須一致，關鍵是動力學轉換函數、質量—剛度矩陣、動力學實驗特性或幾何形狀的數字定義和反饋模型，還應考慮過程阻尼及結構阻尼的影響。?
    （8）開發與CAD/CAM軟件的接口。為了預測復雜零件加工的切削條件，工件的幾何和剛度信息應輸入到仿真程序。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計規程。但很多商業CAD/CAM軟件缺乏這個特點，為達到這個目的，一個理想的方法是采用PDES/STEP產品模型標準，它使得加工過程模型便于在不同CAD/CAM系統之間轉換。
    （9）用戶界面的開發。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。為使企業接受，這方面特別重要。為響應用戶輸入各種輸入參數、運行仿真程序、顯示運算結果（力、振動、表面光潔度、形狀誤差、平面度等），應設計一圖形交互環境。?
    本文在已建立的銑削力模型基礎上，開發與CAD/CAM軟件I-Deas的接口，在建立的網絡制造環境中，通過仿真切削過程的動態力學特性來優選切削參數。?

    3.基于網絡的仿真環境?
    隨著計算機網絡及其相關技術的不斷發展與完善，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/服務器（Browser/Server，簡稱B/S）體系結構是一種基于Web的三層計算模型。它由瀏覽器、Web服務器和數據服務器組成。
    瀏覽器/服務器體系結構利用超文本傳輸協議HTTP（Hypertext Transfer Protocol）的消息傳遞機制，客戶端通過瀏覽器訪問服務器并發出服務請求，服務器進行相應的處理后將響應結果返回給客戶端。與傳統的Client/Server（簡稱C/S）結構相比，B/S結構具有以下特點：?
    C/S結構必須根據客戶端所使用的操作系統及訪問的后臺應用的不同，安裝不同的軟件；而B/S結構簡化了客戶端軟件，只需安裝Web瀏覽器作為客戶端應用的運行平臺，而將所有的開發、維護和升級工作集中在服務器端；?
    C/S結構需要混合多種傳輸協議；而在B/S結構中，所有的系統都使用TCP/IP協議進行通信；
    C/S結構需要不斷地使用新的版本，以更新用戶系統；而在B/S結構中，系統版本的升級及維護是在Web服務器端進行的，用戶需要訪問時才進行動態下載。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體系結構具有靈活方便、構建費用較低和強大的交互功能等優點，因而B/S體系結構在如今CAM/CAM軟件的開發中處于非常重要的地位，本文采用B/S體系結構實現了切削力模型的網絡化仿真。?

    4.銑削力的仿真?
    本文在已有的銑削力模型基礎上，開發與CAD/CAM軟件I-Deas的接口，實現了銑削力仿真。制造工程師通過網絡運行加工過程仿真系統，在自己的計算機上可以看到加工過程中的切削參數、作用在刀具上的力和其他相關的參數。通過調整最初的加工策略并重新運行仿真系統，可以確定優化的加工過程。
    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進行實際生產，使生產率高、原材料和能源浪費少并減少對機床的損害等。完善的加工過程模型還可預測零件的加工質量等。這大大縮短了產品開發周期，提高了生產效率，降低了生產成本，并實現了資源共享。?#p#分頁標題#e#
    本文分析了加工過程仿真需要解決的各種建模問題，提出一種基于網絡的加工過程仿真的實現方法，為構建完整的基于網絡的加工過程仿真系統，還有很多工作要做，特別是加工過程建模問題。建立完整、準確、實用的模型，是實現加工過程仿真的根本保證。