虚拟加工技术已经诞生很久了。随着科学技术的进步，三维计算机辅助设计被广泛应用于产品设计中。在工程作业设计、加工工艺设计、产品装配度等方面，都需要发展计算机辅助技术，尤其是计算机辅助工程(CAE)。利用有限元法(FEM)预先分析研究与产品性能相关的结构和导热性能，利用计算机辅助制造(CAM)确定刀具轨迹的编程技术已经渗透到工程的各个领域并得到有效的运用。加工仿真技术的发展趋势包括两个方面。一种是开发数控仿真软件，从而显示刀具轨迹，判断刀具和刀架是否干涉工件及其夹具。在立铣中，最基本的任务是切掉被加工材料通过刀具切削刃包络面的部分，使剩余部分成为被加工面。用于完成这类加工的软件应包括以下内容：刀具、刀具卡盘、工件、夹具等的配合。机床主轴的组成及其工作范围、真实模拟机床和工具动作的能力。特别是近年来，由于五轴加工的数量越来越多，在实际加工前进行数控仿真的重要性日益突出。在这些数控仿真软件中，很多都具有优异的性能，比如可以从金属切削体积计算出加工效率；根据金属的切削量，判断切削过程是否产生过载；如果负载固定，则进给速度过高，导致过载。仿真软件可以调节进给速度，防止过载，缩短切割时间。加工仿真技术的另一个发展趋势是研究和分析加工过程中的物理现象，如被加工材料塑性变形产生的热量、切削材料不断刷动刀具前刀面形成切屑后被排出、刀具切削刃切除不必要的材料在工件上形成加工面等。并通过计算机模拟这一系列切割过程。目前能达到这个理想目标的产品只有少数。Advantedge of Third wave systems是一款使用有限元方法对切削进行特殊优化分析的软件产品。与用于结构分析的有限元法软件包相比，它最大的优点是用户界面优秀，机械技术人员可以轻松分析。美国科学成形技术公司(scientific forming technologies Company)的“deform”是一个用于锻造等塑性变形加工的有限元分析软件包，最近已经转移到切削加工。切削过程是切屑和被加工材料的弹性变形和塑性变形过程。与冲压、锻造等塑性变形相比，变形速度(单位时间的变形量)很高，由此产生的塑性变形能量和前刀面摩擦产生的能量会产生热量，使温度大大升高。刀尖会在连续而狭窄的范围内将被加工材料破坏并分离成切屑和被加工表面，这是切削过程的显著特点。这些现象之间有着复杂的相互作用。如果采用有限元分析方法，应输入以下内容：被加工材料的特性、摩擦状态等物理特性；边界条件，如切削条件和刀具形状。通过有限元法分析刚度方程，可以输出切削力、切削角、切削温度等具有切屑形成特征的定量参数。在这个过程中，不需要建立数学模型，也不需要做假设。根据有限元分析的结果，也很容易将切屑生成过程、应力、变形等物理量可视化。为了获得高精度的分析结果，最重要的输入内容是反映被加工材料应力变形关系的材料特性，材料特性的获取极其费力。未来，随着计算机能力的提高，这种切削过程的物理仿真技术将会逐渐普及。它迅速流行的关键
开发按需加工的仿真软件目前很多科技人员都在做生产工程中最基础的加工技术的研究，大部分都是为了搞清楚加工现象，预测加工过程。如果这些研究内容实现了系统的计算机软件，就意味着可以形成一个切削仿真技术软件。例如，东京农工大学机械学院的实验室。m大学正在进行几项切割模拟软件的预测性研究。工艺和实际模拟采用横向和纵向匹配的研究体系，横向对应产品设计和加工程序。在垂直方向上越高，实用性越好，而越低的不仅是实用性，还有加工现象的分析和可视化。1.基于刀具信息库和分析仿真技术的切削条件选择系统。在实际切削过程中，不应照搬刀具厂提供的推荐切削条件，而应根据机床、刀具系统、工件装夹等具体情况，通过反复试切来修正切削条件。同时要将以往加工中积累的有效参考数据输入数据库，在有效利用这些数据的同时，用解析的方法优化切削条件。对于没有参考数据的新切削，应开发切削条件选择系统。在该系统中，振动、加工精度、工具温升、工具寿命和残余应力被设置为分析内容。在分析的基础上，可以选择最佳刀具，调整切削条件。这个系统的数据大致分为三部分：刀具信息数据、刀具系统组成和切削条件。可以在切削条件下积累有效的切削技术参数。本文用图例说明了平头立铣刀的最佳铣削效率和最佳侧形误差。根据数据库选择所需的刀具和刀架，预测由立铣刀和刀架的弯曲程度以及卡盘和主轴锥度结合部的旋转变化引起的加工误差。切削力是在刀尖预测的。
的切削力乘以比切削抗力的模式。这是一种最简便的的方法，但却得到了切削力波形与实测值一致的良好结果。计算出每一瞬间由切削力引起的刀具挠曲量，将其和形成已加工面的切削刃位置的位移相连就能得到已加工面的形状。与大规模有限元法的计算比较，计算时间是非常少的，输入刀具信息和切削条件信息，就能容易地仿真加工误差。 尽管数据库里已具有确实适应的切削加工条件，人们仍希望进一步减少加工误差，提高加工效率。实例表明，用这种仿真和实现最佳化方式来修正切削条件是完全可能的。 2．立铣刀加工时的刀具温度 近年来，高速铣削已很普遍，由经验得知，它适用于小切深、大进给的铣削条件，而把握最佳条件却相当困难。铣削加工与车削加工不同，前者属于断续切削，在加工过程中，刀具升温和冷却高速地反复进行。由于热传导给刀具－切屑接触部分是断续进行的，必须根据这一特征来解析刀具温度的变化。热传导量对预测精度影响很大，但不需要对切屑生成状态的变形和热解析相联系进行大规模计算，因此可快速获得解析结果。切削速度、切深、进给的组合将影响最高温度，当加工效率一定时，提高进给速度，刀具温度就会降低，温度降低往往会使进给速度的提高达到极限，而提高进给速度，加工表面就会变得粗糙。因此，如果能很好地平衡粗糙度和温度的关系，就能够选择到两者相互平衡的切削条件。 3．用有限元法进行切削过程的物理仿真 在用有限元法进行切削过程的物理仿真中，作为切削条件输入的内容包括：切削速度、切削厚度、刀具前角、刀具后角、工件材料特性等。对这些参数进行解析后，就能获得切削力、切屑形状、刀具和切屑上的温度分布、应力分布、形变分布、残余应力分布等物理特性输出结果。 这种仿真对特殊切削状态（如动态切削）也是适用的。切削成波形表面的波形切除过程（wave removal）和刀具边振动边切削的波形生成过程都显示出在切屑厚度变薄的过程中，剪切角变小、变形集中而产生大的变形。在这样的动态切削过程中，剪切角发生变化，与此相对应的是切屑生成的变形范围大小也发生变化，因此切削力与刀尖的切削厚度不成正比。由与刀尖切削厚度的变动相对应的剪切角度变化图可知，即使刀尖切削厚度相同，振幅增大时比振幅减小时的剪切角还大，利萨如（lissajou）图形下方呈凸半月形。根据这样的解析结果，才能使现象的可视化及理解成为可能，从而开发出更为实用的高精度近似解析法。 另外，对于材料特性不同的复合金属材料的切削加工，以及象超声波振动切削那样的刀具在切削方向边振动边断续切削等加工，均可采用物理仿真技术进行解析。由铁素体和珠光体以层状分布时的解析实例可知，由于各层分布的位置不同，切屑卷曲的状态有很大的差异。如果在材料设计中能够有效应用物理仿真的解析结果，就有可能实现不依靠断屑槽来进行切屑处理。在超声波振动切削中切削力减小，是因为振动切削的振动频率大大高于刀具——被加工材料系统固有振动频率。这种解析所获得的切削力是断续作用在刀具和切屑间的力，假设没有摩擦减小等其它因素的影响，这种切削力和通常的切削是一样的。