目前，中國刀具企業(yè)大多采用進口磨刀機來生產(chǎn)刀具，然而由于刀具材料仍然是國產(chǎn)的，因此該種方法生產(chǎn)出來的刀具切削性能和進口刀具還有很大差距。要想提高國產(chǎn)刀具性能就只有兩個方法：第一，改善刀具材料性能；第二，改變刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)。由于改善國產(chǎn)刀具材料性能難度很大，因此大多廠家采用改變刀具結(jié)構(gòu)的方法來優(yōu)化國產(chǎn)刀具切削性能，然而目前基本靠經(jīng)驗來優(yōu)化，這樣必然會導致結(jié)果的不準確以及原材料的浪費。

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，利用有限元軟件來模擬切削加工過程成為了一種重要的輔助方法。

通過大量的刀具企業(yè)調(diào)研，我們在了解刀具企業(yè)基本需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合領(lǐng)航科工團隊的發(fā)展現(xiàn)狀將切削仿真技術(shù)在刀具企業(yè)的應用進行了系統(tǒng)分析，現(xiàn)從以下三個方面展開論述：切削仿真基礎(chǔ)知識、切削仿真刀具模型、切削仿真相關(guān)軟件

一、切削仿真基礎(chǔ)知識

切削仿真是高度交叉學科，涉及刀具材料、材料力學、有限元知識、仿真軟件等。然而對于目前刀具企業(yè)而言，技術(shù)人員大多為操作磨刀機者且學歷層次一般不高，他們對刀具的優(yōu)化依然停留在已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，因此對材料力學、有限元知識知之甚少，雖然部分企業(yè)已經(jīng)開始招收研究生，但同樣由于研究生缺乏對刀具知識的深度了解而無法將切削仿真技術(shù)真正用于刀具企業(yè)的實處并充分發(fā)揮其在生產(chǎn)中的效益。

二、 切削仿真刀具模型

刀具有限元模型是進行切削仿真的必備要素，然而目前除了進口磨刀機中所生成的刀具模型之外幾乎沒有可用的模型。雖然高校有研究人員已經(jīng)采用UG、CATIA等建模軟件建立了參數(shù)化的銑刀和鉆頭等刀具模型，但是由于真實的刀具結(jié)構(gòu)中有些是砂輪和刀桿的特殊相對運動關(guān)系產(chǎn)生的，而這種相對運動關(guān)系無法用現(xiàn)有的CAD軟件來實現(xiàn)，因此這種采用現(xiàn)有正向建模方法所得到的“刀具模型”也僅可以供高校科研使用，無法真正應用到刀具企業(yè)的生產(chǎn)或研發(fā)中來。同時也有刀具企業(yè)采用逆向的方法來獲取刀具模型，但也會由于逆向設(shè)備以及逆向軟件的精度而無法得到和進口刀具高度相符的刀具模型。

三、切削仿真相關(guān)軟件

切削仿真軟件按功能可分為：建模軟件、仿真軟件和前處理軟件。

3.1 建模軟件一般包括：UG、Catta、Proe、Solidworks等。

建模軟件由于相對通用性較強且大多有一定基礎(chǔ)，因此在此不再贅述。

3.2 仿真軟件一般包括：Advantedge、Abaqus、Deform、LS-dyna等。

Advantedge是專用的切削仿真軟件，入門較快、操作方便且對理論知識要求較少，因此較適合刀具企業(yè)使用。

Abaqus軟件是通用仿真軟件，功能相對強大，既可以做切削仿真，又可以做通用仿真。但是該軟件對材料、力學等基礎(chǔ)知識要求較高，因此對刀具企業(yè)人員來說需要一定時間才能掌握。

    Abaqus切削仿真

 Advantedge切削仿真

Deform和Advantedge類似也屬于專用切削仿真軟件，所不同的是Deform除了能做切削仿真還可以進行成形和熱處理分析。

LS-dyna軟件和Abaqus類似也是通用有限元仿真軟件，既可以做切削仿真分析又可以做通用仿真分析。

Deform切削仿真

 LS-dyna切削仿真

3.3 前處理軟件一般包括：Hypermesh、Ansa等

如前所述，由于目前“標準”的刀具模型只能從磨刀機系統(tǒng)中導出，然而導出的模型也僅為stl 格式（片體），因此如果將該模型直接導入專用切削仿真軟件，則會由于網(wǎng)格剖分的原因而使仿真效率大大降低，同時如果直接導入Abaqus等通用仿真軟件，則會由于其片體特征而無法直接劃分網(wǎng)格。

因此需要通過Hypermesh或Ansa等前處理軟件將磨刀機中導出的stl 格式的片體刀具模型處理為實體單元的有限元模型然后再導入到Abaqus或Dyna等通用有限元軟件進行切削仿真。而縱觀國內(nèi)各大主機廠，大多使用Hypermesh軟件，且由于其對刀具網(wǎng)格剖分精度高于Ansa，因此推薦采用Hypermesh軟件做切削仿真刀具模型的前處理軟件，其界面如下圖所示。

Hypermesh 軟件界面

Abaqus 軟件界面

綜上述，切削仿真技術(shù)在中國刀具企業(yè)的應用會涉及材料、力學、有限元以及仿真軟件等交叉學科知識或技能，同時也會用到Abaqus、Advantedge、Hypermesh等通用或?qū)Ｓ们邢鞣抡孳浖?，因此需要刀具企業(yè)技術(shù)人員同高校師生共同努力，一起推動該項技術(shù)在中國刀具企業(yè)的應用和普及。