汽車模具高速切削工藝技術研究的技術手段

一、切削加工有限元模擬技術

電腦技術的飛速發展使得利用數值模擬方法來研究切削加工過程以及各種參數之間的關系成為可能，始于上世紀70年代的金屬切削加工的有限元模擬技術在電腦技術的發展中也得到了長足的進步。金屬切削加工的有限元模擬考慮了材料屬性、刀具的幾何條件、切削加工參數（切削速度、進給量、切削深度）以及切削加工引起的切削力載荷、熱載荷和殘余應力等因素。在試驗輔助和驗證的基礎上，虛擬切削加工過程中刀具和零件相對運動的作用過程，對切屑成形過程進行動態物理仿真，可以顯示加工行為以及被加工零件的內部應力、應變、應變率和溫度等物理量的分布情況，預測零件的加工質量和刀具磨損、破損等情況。進而，通過對工藝參數的優化，可以提高零件的加工質量，有效減少刀具的磨損程度，減少采用傳統試湊法確定新工藝時所需的昂貴費用和時間。另外，金屬切削加工模擬時，可以定義相關因素（加工參數、刀具幾何條件以及熱、力的上限）與材料的去除率之間的關系。在確保零件加工質量的前提下，通過改變切削參數提高材料的去除率，從而達到提高生產率的目的。

汽車覆蓋件模具高速切削加工機理和加工參數優化技術涉及材料科學、力學、金屬物理學、機械制造等多個學科，在數控加工領域一直難以解決。現有的CAM軟件只能根據零件曲面特徵進行數控編程，保證刀位軌跡不碰撞、不干涉，但難以保證加工后的零件在表面質量和刀具壽命等物理目標上也是最優的，往往造成產品精度低下，刀具磨損嚴重，所以對高速切削加工過程進行最優化分析是一項比較困難卻又相當重要的課題。從上述切削加工有限元模擬技術概述來看，走數字模擬仿真和試驗研究相結合之路，是解決該實際問題的有效措施。切削工藝過程和切屑成形過程的有限元模擬為深入研究切削機理、提高切削加工質量提供了新的、更加有效的分析方法。

二、基于實例推理的高速切削加工數據庫構建技術

基于實例的推理（CBR—Case-BasedReasoning）起源于二十世紀七十年代，是人工智能技術發展過程中出現的一種推理模式。簡單地說，就是利用以前類似問題的解決方案及知識來解決新問題。基于實例推理是一種被廣泛應用于各種問題求解領域的推理方法，應用這種推理方法求解問題不依賴于所求解問題領域的規則，而是依賴于以前積累的經驗和成功解決的類似實例。這非常接近于人類專家解決問題的思路和方法。

實際上，基于實例推理的技術是一種問題求解方法，可應用于眾多的領域。在汽車模具高速切削加工領域，問題求解要考慮的因素非常多，解決方案的某些部分可用簡單的規則來確定，但大多數情況下，則要注意到實際問題的具體情況。如選擇切削刀具時，刀具類型可很簡單地應用規則來確定，但像刀具尺寸、幾何角度、刀片型號、尺寸、角度、加工參數等數據的確定，就很難用簡單有效的規則來確定。有時，使用某些已經存在的規則甚至可能導致錯誤的結論。在這種情況下，應用基于規則的推理就受到了很大的局限，應用人工神經網路演算法又很難處理問題領域的非數值型數據，而應用基于實例推理的技術來解決這樣的問題就很容易克服上述困難。
另外，由于積累的經驗少，高速切削加工過程中，零件與刀具材料的最優匹配及切削用量的選擇、切削液的選用、機床剛性與工件剛性對加工精度和表面質量的影響及切削方法與機床的選用、刀具壽命與切削用量和加工成本之間的合理匹配、零件及加工面類型對工藝方案的影響等問題，也不能用簡單的公式或規則來表示。而這些信息和經驗對推廣高速切削技術意義重大，因此如何收集和處理十分重要。而基于實例推理解決問題的方法正好可以利用上述經驗和加工實例來解決高速切削加工過程中出現的各種問題。在目前高速切削加工領域