实验室研究与探索(模具生产的研究与探索)
模具生产一般可分为几个阶段，如设计、工艺规划、加工、装配和调试等。只有抓住每个阶段的关键环节，才能有效缩短整个模具生产周期。在工作量最大的模具加工阶段，数控加工技术的应用可以对缩短整个模具生产周期起到关键作用，尤其是飞机、汽车、船舶上的主要零件和大量塑料制品。此类零件的模具工作部分或相关电极一般通过数控加工完成，加工时间占整个制造周期的60%以上，其中切削时间最为重要，约占整个制造周期的30% ~ 40%
一、铣削力建模与预测技术
铣削力的研究是整个虚拟加工和加工过程仿真领域的基础核心。
1.芯片厚度的计算方法
切屑厚度的计算主要是继承和发展圆柱铣刀的切屑厚度表达式。由于圆柱铣刀主要用于两轴半加工，所以切屑厚度的计算是二维的。适用于三轴曲面加工的切屑厚度计算的典型例子有：美国俄亥俄州立大学的冯海年和孟庆海研究了球头铣刀的切削力，并应用基本切削几何计算了未变形切屑厚度沿切削刃的分布(1994)。西班牙的阿拉米基兹等学者利用坐标变换的数学表达式计算了斜面铣削过程中的切屑厚度，适用于三维计算(2004)。
2.切割系数的确定
传统的切削系数是通过平面槽铣试验和计算平均切削力与平均切屑厚度之比得到的。因为平均切削力和平均厚度的计算削弱了峰值效应，所以预测的切削力在峰值和谷值处严重失真。而且计算的切削系数仅限于试验范围，所以试验量太大。这里介绍的两种切削系数的测试方法很有创新性。
Altintas等人的方法仍然基于切削系数是切削参数如切屑厚度的函数的传统假设。根据车削试验数据，利用斜角变换理论(1996)计算出适合铣削的切削系数。
赵东宇等学者研究了圆柱铣刀的铣削实验，认为当对适用于特定的工件材料时，切削系数是常数。从而避免了大量的实验。系数的适用范围不限于试验范围(1999)。
3.接触面积的判断
切削面积的判断主要是定义切削刃的范围。长期以来，该领域的研究仅限于平面加工，避免了判断切削面积的问题。对用于三维表面加工。目前，文献中判断接触面积的方法主要有两种。一种是使用Z-MAP数据格式来表达工件和由切割工具获得的投影表示。然后是基于实体模型的布尔运算方法的表示。前者算法稳定高效，但存在离散精度问题。后者精度高，但效率低，而且对的硬件系统要求太高。
G.韩国的金敏贤、金宝海和朱春宁使用Z-MAP数据存储格式来构造曲面和工具，并使用投影方法通过判断Z方向上的高度差来表示切削接触区域(2000)。
A.加拿大的斯宾塞和阿尔廷塔斯研究了判断切削面积的实体模型，并应用实体模型布尔运算来表示工件刀具的切削面积(1999)。
4.工具几何参数
铣削力的精确预测和计算需要精确的刀具几何参数。因为工具制造商在制造工具时考虑了强度和磨削误差，所以一般的叶片曲线和设计曲线之间存在差异。因此，对常用两种方法来描述切削刃曲线：一种是根据设计切削刃的理论曲线，将球头切削刃曲线视为圆柱铣刀切削刃曲线在球头上的投影；另一种是在边上设置坐标系
台湾国立成功大学的王俊志，郑嘉敏等学者在研究切削力时应用了刀片形状，即理论曲线，即圆柱铣刀的边缘线在球头上
投影。
当B.U.Guzel和土耳其的其他学者研究球头铣刀的铣削力时，他们用数码相机放大摄影球头的边缘线，建立坐标系，并取点模拟合曲线(2004)。
5.刀具偏转的计算
刀具偏斜的研究是考虑刀具上的力，引起偏斜和变形。目前，挠度的理论方法仍采用圆柱铣刀的铣削理论。假设刀具为悬臂梁，用静态试验方法测量刀具刚度。
托马斯道等美国学者研究了小直径铣刀加工偏差的误差补偿技术。利用开环，的控制方法考虑了切削力和轴向力对对工件曲面形状的影响，并通过改进刀具轨迹减小了形状误差(2004)。
上海交通大学模具国家重点实验室的倪其民，李从心等人应用实体建模方法判断刀片的切削面积，建立了球头铣刀的三分量铣削力模型。然而，它避免了计算时间的讨论(2002)。
二是基于铣削模型的加工参数优化
不稳定的切削力可能导致刀具破损、崩刃、咬边等。这是对在模具加工中不允许的，特别是在模具型腔的精加工中。因此，有必要对对进给速度、加工余量等加工参数进行优化，以保证稳定的切削力，提高加工效率，保证加工质量。
1.进给速度优化
对的进给速度优化主要包括在线模式和离线模式。在线模式需要不同的机床在对，安装不同的设备，这是昂贵的。此外，切削力收集主轴的切向力，这适用于重切削。然而，在模具型腔的加工中，加工刀具往往是嵌入式刀具，只能适用于轻切削条件。此外，即使材料去除量相同，刀具和工件之间的切削接触也不同，并且刀具上的力也不同。在瞬时切削力模型的基础上，对对复杂曲面加工的进给速度进行优化。
冯海英、苏恩通过循环迭代计算不同的切削力分量，并在每次迭代中调整进给速度，直到切削力值达到设定范围(2000)。
2.加工余量预测
通常，模具型腔等曲面零件的数控铣削可分为三个阶段：粗加工、半精加工和精加工。粗加工的任务是尽可能地切断大部分剩余材料(剩余)，而高生产效率是其主要目标；精加工的主要任务是最终加工出满足设计要求的零件，其主要目标是高加工精度，包括尺寸精度、形状精度和表面精度；半精加工通常是为精加工做准备。因此，寻求一种简单、易行、可靠、能满足高表面质量要求的新型切削力控制方法，如保持恒定的切削力和稳定的进给速度，是一个必须研究的课题。通过改变变现半精加工余量相等的做法，加工余量可以使精加工时切削力均匀分布，即将等厚余量改为等切削力余量。
上海交通大学的倪其民，李从心，阮雪愉等人通过控制加工余量的分布，提出了曲面产品恒切削力精加工方法的基本思想。对对保证金的计算方法做了基本的理论研究。
数控加工参数优化的研究在世界范围内都在进行，但是现有的研究还不能实现产业化，加工过程的实时监控还没有实现。目前，该领域公认的发展趋势是将基于刀具偏转的形状误差预测集成到下一代计算机辅助设计/计算机辅助制造系统中，根据加工条件和切削参数、工件几何、刀具、工件材料等实时预测切削力。从而指导工程研究人员制定合理的加工工艺和选择加工参数。
黑曼巴 