齿轮是许多工程系统中使用的常见机器部件，例如汽车，飞机发动机，自动化和机器人系统等。在工业中，机械加工是制造齿轮最常见的方法。近日，滑铁卢大学工程学院精密控制实验室的研究人员开发了软件来模拟和优化齿轮切削过程，为大中型制造节省时间和成本。
在工业中，机械加工是制造齿轮最常见的方法。为了设计齿轮切削（即机加工）工艺，需要选择不同的参数（例如切削速度和每次走刀的材料去除厚度）来创建所需的机加工零件。通常通过反复试验或基于早期经验来完成，以产生可接受的结果。但是这种反复试验也会消耗机器时间和材料。
研究人员开发的这款名为ShapePro的新软件通过预测三种主要齿轮加工工艺（成形、滚齿和强力车齿）中复杂的切屑几何形状和切削力学（例如加工力、刀具/工件偏转）来模拟齿轮切削。通过这些预测，该软件可以进行准确的分析，以及自动或手动优化加工工艺参数。
该软件允许工程人员进行虚拟切割和测量，这个仿真引擎对于提高生产率非常有帮助，同时也保持了零件的质量。
当一家生产齿轮和越野车的当地公司Ontario Drive and Gear与该大学接洽开发一种新的齿轮切削工艺时，该项目的推动力就产生了。该团队开发了核心仿真引擎来模拟切削齿轮的几何形状和物理特性。
ShapePro的好处之一是提高生产力。该软件允许制造商在虚拟空间中运行齿轮加工过程的模拟；在机器上进行物理试验之前，可以在计算机上手动或自动调整参数，以了解它们如何影响过程。这减少了试验次数并提高了生产率，同时有助于保持生产的齿轮质量。该软件还减少了材料使用和能源浪费，从而使流程更具可持续性，并减少了无法生产可销售产品的运行时间。
研究人员首先在虚拟环境中进行切割和测量，然后在使用实际机器时可以从接近最佳的设置开始，这些机器确实很昂贵，占用了工厂空间和运营资源。
该软件对中型公司特别有帮助，因为它减少了试错过程，从而减少了小批量生产的开销。大中型制造商也可以使用该软件来获得接近最佳的参数。它最大限度地降低了设计和微调流程的成本，从而提高了整体生产率。
ShapePro的潜在应用有很多，并且可以使许多行业受益。该软件已在全球最大的汽车制造商之一丰田（丰田欧洲汽车公司/SA）使用。飞机发动机制造商普惠加拿大公司也在进行案例研究，该软件已取得成功。ShapePro开发人员也有兴趣探索其他领域的机会，包括机器人和自动化的齿轮生产以及能源发电。
该团队的下一个主要步骤是扩展预测能力，例如刀具磨损，并预测和优化齿轮切削工艺的整体成本效益。了解工具需要重新磨利或更换的频率将为行业最终用户提供增值收益。
该软件还有潜力实现齿轮切削机床和工艺的数字孪生（由数学模型和数据集组成的虚拟对应物）。数字孪生将在提高生产效率、零件质量和减少制造运营中的资源消耗方面发挥关键作用。从本质上讲，数字孪生是工业4.0的核心，也被视为预防性维护的推动者，这也将提高整体设备效率（OEE）。
