目前，许多科技人员正在进行生产工程中最基础的切削加工技术的研究，其中多数研究的目的是在弄清楚加工现象的同时，对加工过程进行预测。如果这些研究内容实现了系统的计算机软件化，就意味着能形成一个切削仿真技术软件。如东京农工大学机械学院的实验室就正在进行几种预测性的有关切削加工仿真技术软件的研究。工艺流程和实用仿真采用了横向和纵向相匹配的研究体系，横向与产品设计到加工工序相对应；在纵向上越往上，实用性越好，往下则不仅是实用性，还包括加工现象的解析和实现可视化。
    1．刀具信息数据库和解析仿真技术并用的切削条件选择系统
    在实际的切削过程中，不应照搬工具厂提供的推荐切削条件，而应根据机床、工具系统、工件装卡等具体情况，反复进行试切削来修正切削条件。同时还应将过去加工中积累的行之有效的参考数据输入数据库，在有效利用这些数据的同时，借助解析方法使切削条件达到最佳化；对于没有参考数据的新的切削加工，则应开发与此相关的切削条件选择系统。该系统中把振动、加工精度、刀具升温、刀具寿命、残余应力等设定为解析内容，在解析的基础上，就能选择出最佳的刀具和调整切削条件。
    本系统的数据大致分为三个部分：刀具信息数据、工具系统组成、切削条件。在切削条件中可积累有效的切削加工技术参数。
    本文拟用图例表示平头立铣刀加工的最佳铣削效率和最佳化侧面的形状误差。根据数据库选择所需刀具和刀夹，预测由立铣刀和刀夹的弯曲度及卡头和主轴锥度结合部分的旋转变化所导致的加工误差。切削力的预测采用刀尖处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（waveremoval）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。
    数控编程的基本概念
   1．刀位点
   刀位点是刀具上的一个基准点，刀位点相对运动的轨迹即加工路线，也称编程轨迹。
    2．对刀和对刀点
    对刀是指操作员在启动数控程序之前，通过一定的测量手段，使刀位点与对刀点重合。可以用对刀仪对刀，其操作比较简单，测量数据也比较准确。还可以在数控机床上定位好夹具和安装好零件之后，使用量块、塞尺、千分表等，利用数控机床上的坐标对刀。对于操作者来说，确定对刀点将是非常重要的，会直接影响零件的加工精度和程序控制的准确性。在批生产过程中，更要考虑到对刀点的重复精度，操作者有必要加深对数控设备的了解，掌握更多的对刀技巧。
    （1）对刀点的选择原则
    在机床上容易找正，在加工中便于检查，编程时便于计算，而且对刀误差小。
    对刀点可以选择零件上的某个点（如零件的定位孔中心），也可以选择零件外的某一点（如夹具或机床上的某一点），但必须与零件的定位基准有一定的坐标关系。
    提高对刀的准确性和精度，即便零件要求精度不高或者程序要求不严格，所选对刀部位的加工精度也应高于其他位置的加工精度。
    选择接触面大、容易监测、加工过程稳定的部位作为对刀点。
   对刀点尽可能与设计基准或工艺基准统一，避免由于尺寸换算导致对刀精度甚至加工精度降低，增加数控程序或零件数控加工的难度。
    为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。例如以孔定位的零件，以孔的中心作为对刀点较为适宜。
    对刀点的精度既取决于数控设备的精度，也取决于零件加工的要求，人工检查对刀精度以提高零件数控加工的质量。尤其在批生产中要考虑到对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相对机床原点的坐标值来进行校核。
    （2）对刀点的选择方法
    对于数控车床或车铣加工中心类数控设备，由于中心位置（X0，Y0，A0）已有数控设备确定，确定轴向位置即可确定整个加工坐标系。因此，只需要确定轴向（Z0或相对位置）的某个端面作为对刀点即可。
    对于三坐标数控铣床或三坐标加工中心，相对数控车床或车铣加工中心复杂很多，根据数控程序的要求，不仅需要确定坐标系的原点位置（X0，Y0，Z0），而且要同加工坐标系G54、G55、G56、G57等的确定有关，有时也取决于操作者的习惯。对刀点可以设在被加工零件上，也可以设在夹具上，但是必须与零件的定位基准有一定的坐标关系，Z方向可以简单的通过确定一个容易检测的平面确定，而X、Y方向确定需要根据具体零件选择与定位基准有关的平面、圆。
    对于四轴或五轴数控设备，增加了第4、第5个旋转轴，同三坐标数控设备选择对刀点类似，由于设备更加复杂，同时数控系统智能化，提供了更多的对刀方法，需要根据具体数控设备和具体加工零件确定。
    对刀点相对机床坐标系的坐标关系可以简单地设定为互相关联，如对刀点的坐标为（X0，Y0，Z0），同加工坐标系的关系可以定义为（X0+Xr，Y0+Yr，Z0+Zr），加工坐标系G54、G55、G56、G57等，只要通过控制面板或其他方式输入即可。这种方法非常灵活，技巧性很强，为后续数控加工带来很大方便。
    3．零点漂移现象
    零点漂移现象是受数控设备周围环境影响因素引起的，在同样的切削条件下，对同一台设备来说、使用相同一个夹具、数控程序、刀具，加工相同的零件，发生的一种加工尺寸不一致或精度降低的现象。
    零点漂移现象主要表现在数控加工过程的一种精度降低现象或者可以理解为数控加工时的精度不一致现象。零点漂移现象在数控加工过程中是不可避免的，对于数控设备是普遍存在的，一般受数控设备周围环境因素的影响较大，严重时会影响数控设备的正常工作。影响零点漂移的原因很多，主要有温度、冷却液、刀具磨损、主轴转速和进给速度变化大等。
    4．刀具补偿
    经过一定时间的数控加工后，刀具的磨损是不可避免的，其主要表现在刀具长度和刀具半径的变化上，因此，刀具磨损补偿也主要是指刀具长度补偿和刀具半径补偿。
    5．刀具半径补偿
    在零件轮廓加工中，由于刀具总有一定的半径如铣刀半径，刀具中心的运动轨迹并不等于所需加工零件的实际轨迹，而是需要偏置一个刀具半径值，这种偏移习惯上成为刀具半径补偿。因此，进行零件轮廓数控加工时必须考虑刀具的半径值。需要指出的是，UG/CAM数控程序是以理想的加工状态和准确的刀具半径进行编程的，刀具运动轨迹为刀心运动轨迹，没有考虑数控设备的状态和刀具的磨损程度对零件数控加工的影响。因此，无论对于轮廓编程，还是刀心编程，UG/CAM数控程序的实现必须考虑刀具半径磨损带来的影响，合理使用刀具半径补偿。
    6．刀具长度补偿
    在数控铣、镗床上，当刀具磨损或更换刀具时，使刀具刀尖位置不在原始加工的编程位置时，必须通过延长或缩短刀具长度方向一个偏置值的方法来补偿其尺寸的变化，以保证加工深度或加工表面位置仍然达到原设计要求尺寸。
    7．机床坐标系
    数控机床的坐标轴命名规定为机床的直线运动采用笛卡儿坐标系，其坐标命名为X、Y、Z，通称为基本坐标系。以X、Y、Z坐标轴或以与X、Y、Z坐标轴平行的坐标轴线为中心旋转的运动，分别称为A轴、B轴、C轴，A、B、C的正方向按右手螺旋定律确定。
    Z轴：通常把传递切削力的主轴规定为Z坐标轴。对于刀具旋转的机床，如镗床、铣床、钻床等，刀具旋转的轴称为Z轴。
    X轴：X轴通常平行与工件装夹面并与Z轴垂直。对于刀具旋转的机床，例如卧式铣床、卧式镗床，从刀具主轴向工件方向看，右手方向为X轴的正方向，当Z轴为垂直时，对于单立柱机床如立式铣床，则沿刀具主轴向立柱方向看，右手方向为X轴的正方向。
    Y轴：Y轴垂直于X轴和Z轴，其方向可根据已确定的X轴和Z轴，按右手直角笛卡儿坐标系确定。
    旋转轴的定义也按照右手定则，绕X轴旋转为A轴，绕Y轴旋转为B轴，绕Z轴旋转为C轴。
    数控机床的坐标轴图
    机床原点就是机床坐标系的坐标原点。机床上有一些固定的基准线，如主轴中心线；也有一些固定的基准面，如工作台面、主轴端面、工作台侧面等。当机床的坐标轴手动返回各自的原点以后，用各坐标轴部件上的基准线和基准面之间的距离便可确定机床原点的位置，该点在数控机床的使用说明书上均有说明。
    8．零件加工坐标系和坐标原点
    工件坐标系又称编程坐标系，是由编程员在编制零件加工程序时，以工件上某一固定点为原点建立的坐标系。零件坐标系的原点称为零件零点（零件原点或程序零点），而编程时的刀具轨迹坐标是按零件轮廓在零件坐标系的坐标确定的。
    加工坐标系的原点在机床坐标系中称为调整点。在加工时，零件随夹具安装在机床上，零件的装夹位置相对于机床是固定的，所以零件坐标系在机床坐标系中的位置也就确定了。这时测量的零件原点与机床原点之间的距离称作零件零点偏置，该偏置需要预先存储到数控系统中。
    在加工时，零件原点偏置便能自动加到零件坐标系上，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的绝对坐标值。因此，编程员可以不考虑零件在机床上的实际安装位置和安装精度，而利用数控系统的偏置功能，通过零件原点偏置值，补偿零件在机床上的位置误差，现在的数控机床都有这种功能，使用起来很方便。零件坐标系的位置以机床坐标系为参考点，在一个数控机床上可以设定多个零件坐标系，分别存储在G54/G59等中，零件零点一般设在零件的设计基准、工艺基准处，便于计算尺寸。
    一般数控设备可以预先设定多个工作坐标系（G54～G59），这些坐标系存储在机床存储器内，工作坐标系都是以机床原点为参考点，分别以各自与机床原点的偏移量表示，需要提前输入机床数控系统，或者说是在加工前设定好的坐标系。
    加工坐标系（MCS）是零件加工的所有刀具轨迹输出点的定位基准。加工坐标系用OM-XM-YM-ZM表示。有了加工坐标系，在编程时，无需考虑工件在机床上的安装位置，只要根据工件的特点及尺寸来编程即可。
    加工坐标系的原点即为工件加工零点。工件加工零点的位置是任意的，是由编程人员在编制数控加工程序时根据零件的特点选定。工件零点可以设置在加工工件上，也可以设置在夹具上或机床上。为了提高零件的加工精度，工件零点尽量选在精度较高的加工表面上；为方便数据处理和简化程序编制，工件零点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上，对于对称零件，最好将工件零点设在对称中心上，容易找准，检查也方便。
    9．装夹原点
   装夹原点常见于带回转（或摆动）工作台的数控机床和加工中心，比如回转中心，与机床参考点的偏移量可通过测量存入数控系统的原点偏置寄存器中，供数控系统原点偏移计算用。