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11.金属切削有限元仿真分析的意义：先进刀具、柔性夹具、新型冷却润滑和高效程编等技术相结合，是实现高效高品质数控加工的主要途径。优化高效的切削参数数据库对于合理选择数控加工切削参数，对于实现数控机床和加工过程综合应用效率最优化，对于实现高效低成本加工具有重要的意义。目前，数控加工企业已经普遍采用CAM软件进行刀具路径的规划和仿真分析，进行机床仿真及干涉碰撞检查。但数控加工过程的仿真仅停留在刀轨路径仿真优化的几何层面，无法获取加工过程的物理特性。传统的切削试验方法可以研究切削过程的切削力、切削温度和刀具磨损率等物理量，但是存在着成本高和效率低的缺点。随着计算机和有限元技术的发展，对加工过程的关键环节进行科学的计算和预测成为可能。近年来，有限元技术已被广泛应用于切屑形成与流动预测、刀具结构优化设计、工艺参数优化以及结构件的变形预测、控制与校正等相关领域的研究，有关研究结果已成功用于指导生产。美国ThirdWave公司的AdvantEdgeFEM和AdvantEdgeProductionModule系统是商用金属切削有限元仿真软件中的杰出代表。利用它们可以得到切削力、切削温度、刀具磨损和机床负载等数据，对加工过程进行分析与优化。利用它们可以在多种方案种进行比较，选择最合适的刀具及其优化的工艺参数，从而提高加工质量，延长刀具寿命，提高生产效率和降低劳动损耗。2.AdvantEdge系列软件的特点和优势采用AdvantEdgeFEM和AdvantEdgeProductionModule金属切削仿真分析系统对切削过程实现物理仿真、对NC程序进行综合分析及优化，在科学分析的基础上逐步建立优化工艺参数数据库。AdvantEdgeFEM和AdvantEdgeProductionModule系统在金属切削加工中应用的突出优点主要表现在如下几个方面：（1）揭示许多实验无法获得的物理力学现象，获得实验难以测试的加工过程参数（如切削区的温度分布、应变率、应力和应变等），对不同切削条件下的切屑流动、切削力、刀具温度和应力进行预测，为高效加工提供理论支持；（2）大大减少实验研究的工作量，降低研究投入，缩短研发周期；2（3）可以对整个工件的主要加工过程进行仿真分析，对加工变形进行预测，实现工艺参数等优化；（4）对机床、工件、刀具及NC程序进行综合分析，优化工艺参数，使机床负载平衡，降低振动，从而提高加工质量和效率。3.建设目标实现切削过程热学与力学仿真，得到加工过程中切削力、扭矩、切削功率以及切削温度分布规律；实现多种加工方案的综合比较，实现切削刀具（材料、形状与涂层）的优选；确定最佳切削参数，减少试切次数，节省生产成本；实现数控工艺优化，获得整个NC程序下的切削力、材料去除率、进给率、刀具温度峰值、功率消耗、扭矩等数值，优化NC程序，使机床负载平衡，降低振动，缩短加工时间。4.技术方案本次的金属切削仿真分析系统主要包括以下两个方面的内容：金属切削有限元仿真AdvantEdgeFEM软件通过金属切削过程仿真分析，弄清金属切削过程中切削力、切削温度、工件表面质量以及工件加工变形的规律，从而提高材料的去除率、优化切削力及温度、优化切屑形成、减少加工中工件扭曲变形、降低残余应力、提高零件质量、刀具性能、刀具寿命，减少现场试切的试验次数，帮助企业提高产品质量、提高刀具性能、完善加工工艺，显著降低产品设计及制造的成本。工艺NC优化AdvantEdgeProductionModule软件通过对工件、刀具、机床及NC程序的综合分析，得到整个加工过程中的切削力、温度峰值及消耗功率等数据；通过优化进给量及切削速度数据来优化NC程序，改进切削力、温度，负载平衡，降低振动，缩减加工周期，充分发挥机床性能，并且使得优化后的NC程序可以直接进行加工。使用AdvantEdgeFEM和AdvantEdgeProductionModule的技术方案可以由图1表示。3图1AdvantEdgeFEM和AdvantEdgeProductionModule的技术方案在AdvantEdgeProductionModule中导入刀具路径和参数文件，并定义刀具，输入机床、工件和刀具的约束条件，启动ProductionModule对NC程序中的进给量及切削速度进行优化，自动输出优化的NC程序，降低切削力、负载平衡及降低振动。在AdvantEdgeFEM中，可以直接定义刀具和工件的几何参数，也可以根据STEP文件导入刀具或工件的形状，定义材料参数，设置加工工艺条件及其参数，AdvantEdgeFEM进行自适应网格划分并进行求解，最后利用Tecplot工具进行切削力、应力和切削温度分布的观察和分析。