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旋风铣削工艺消除了传统加工过程中导致环境污染的冷却液的使用,是一种适用于丝杠批量生产的典型绿色切削加工工艺,在高档精密数控机床行业及至大型制造业的高品质丝杠加工中有着广阔的应用前景。丝杠旋风铣削切削过程具有时变断续冲击、多刃渐进成形等特点,其工艺参数与能耗特征有着密切的联系,同时也会对工艺性能产生决定性作用。单独考虑切削能耗有可能会对工艺性能产生负面作用,从而导致工艺性能无法满足,必须全面了解切削能耗与工艺性能之间的优化机制才能有效支持切削加工工艺决策。目前对于具有复杂工况的丝杠旋风铣削的切削能耗与工艺性能协同优化的研究几乎空白,难以支持绿色高效丝杠制造工艺技术的发展。为此,本文对丝杠旋风铣削切削能耗与工艺性能之间的优化进行了研究,主要工作如下。 首先,基于指标体系建立原则,建立了丝杠旋风铣削工艺指标体系,包括切削能耗指标和工艺性能指标;在此基础上,分析了丝杠旋风铣削工艺参数对切削比能、表面粗糙度和表层残余应力的影响规律及影响程度,为切削能耗和工艺性能的优化机制研究提供支持。 进一步,基于Box-benhnken试验,提出了一种丝杠旋风铣削工艺参数优化方法。结合灰色关联分析法和熵值法,建立了丝杠旋风铣削工艺参数与灰色关联度的数学模型;通过响应优化器对丝杠旋风铣削工艺参数进行优化,获得了最优的丝杠旋风铣削工艺参数组合。 最后,提出了一种丝杠旋风铣削工艺多目标优化方法。建立了丝杠旋风铣削工艺优化目标模型,包括切削比能、表面粗糙度及表层残余应力等三个目标;在确定约束条件的基础上,建立了丝杠旋风铣削多目标优化模型;采用改进型非支配排序遗传算法对该模型进行求解,获得了三维 pareto解前沿,分析了三个优化目标之间的权衡关系,并通过试验数据和优化结果的比较论证了本优化方法的有效性。