电火花线切割加工(Wire EDM, WEDM)为近几十年来在非传统加工领域发展很快并广为接受的一种加工技术。不同于直接接触加工方法,它是利用工件和电极之间的一系列电火花放电完成材料的去除。这个去除过程是热、电、磁等多种作用共同的结果,但用理论模型系统地解释该过程是一个难点问题。此外,WEDM的加工效果与工艺参数密切相关,工艺优化也是一个突出的难点问题。本文围绕以上两个问题展开研究。本文根据分子动力学相关理论,从微观、动态角度研究电加工过程中材料变化过程,并对各物理量进行记录。分别构建出铜(Cu)和钨(W)的微细电火花(Micro-EDM)分子动力学模型,通过仿真实验对比研究放电加工铜(Cu)和钨(W)的异同,并从多角度阐述了电加工的内在规律性,这能对有限元方法的仿真建模提供必要的指导。针对仿真模型的预测精度不高的问题,本文改进了已有电加工中的有限元模型,新模型考虑了放电能量分配比例与放电能量的相关性、材料熔化汽化的相变处理、放电通道的冲刷效率这三个因数,并与已有模型进行对比分析,验证其改进的有效性,从而提出了基于有限元—高斯过程回归模型,研究电加工工艺建模及仿真优化规律。通过实验验证,所建立的回归模型预测材料去除率(Material Removal Rate, MRR)和表面粗糙度(Ra)的平均相对误差分别为14.75%和20.74%。利用上述方法,本文建立了精密慢走丝线切割(WEDM-LS)的工艺仿真模型。针对精密线切割电加工过程中的单目标工艺优化问题,本文基于YGl5模具钢的粗、精加工试验数据,应用信噪比分析方法,对精密线切割电加工工艺优化进行了研究,建立了数学回归模型,并获得MRR和Ra的各自单目标工艺优化下的最优参数组合,解决其粗、精加工要求下的单目标工艺优化问题。通过实验验证,粗加工的MRR值从未优化前的1.38mm2/min优化到了3.16mm2/min,增长了2.3倍,精加工的Ra降低到原来的70.9%,都有较为明显的改善。针对精密线切割电加工中的多目标(MRR和表面粗糙度)工艺优化问题。一方面,对于精密WEDM-MS加工SKD11两目标工艺优化问题,对比研究NSGA-Ⅱ算法中的相关参数,使其算法具有较好的鲁棒性,从而获取MRR和二维形貌特征评价的表面粗糙度(Ra)两目标工艺优化的Pareto前沿。另一方面,在上述基础上,对于精密WEDM-LS中的MRR和三维形貌特征评价下的表面粗糙度(Sq和Sz)多目标工艺优化问题,为了判断算法是否存在过早收敛问题,提出了一种计算种群多样性的方法,从而获取有效的多目标工艺优化Pareto前沿。以上两方面的研究的Pareto前沿能为工程实际应用提供指导。针对在线工艺优化中的高精度放电状态辨识难题,本文将放电电压波形的识别问题转换为图像处理领域的模式识别问题,提出一种基于图像矩、分形维数和几何特征多角度的特征值计算算法。通过信号采集、图像重构、特征值计算和FNN (Fuzzy Neural Network)神经网络分类后获取放电状态。实验证实,其辨识结果准确率为98.7%。在此研究的基础上,将上述理论研究成果应用于精密WEDM-MS中,提出了相应的集成方法和设计思路,并开发了精密WEDM-MS数控系统。