摘要
数控铣削加工因其高效率高精度的特点，被广泛应用于航空、航天、国防、船舶等先进制造领域。当前，切削参数选择的不合理以及刀具路径的不光顺所引起颤振造成的加工质量恶化、刀具磨损加剧等仍然是亟待解决的重大难题。然而，实际生产中工艺参数的选择仍然过多依赖人工经验，虽然保守的工艺参数能够在一定程度上保障加工的稳定性，但会导致制造装备性能的极大浪费，而基于CAM生成的离散刀具路径直接进行加工同样会导致加工效率低下以及机床振动。因此，深入开展包括铣削加工切削稳定性分析、切削参数优化、光顺路径生成等方面的研究，对于提升铣削加工质量和效率具有重要意义。 本文为解决铣削加工中的效率和质量问题，提出了一种考虑三维稳定性约束的高效低碳铣削加工切削参数优化方法，以在保障加工质量的前提下降低加工时长和碳排放；提出了一种基于非稳态导热理论的铣削加工刀具路径生成方法，以通过提升路径光顺性来提高加工动态性能；提出了一种基于Catmull-Rom样条的铣削加工刀具路径光顺方法，以提升数控铣削加工刀具路径的连续性；开发了数控铣削加工工艺优化原型系统，以实现理论算法的工程应用。具体研究内容包括以下几方面： （1）提出了一种基于改进全离散法的三维切削稳定性预测模型，在此基础上构建了以机床性能、刀具寿命、表面粗糙度和切削稳定性等为约束条件，以加工时长和碳排放为目标函数的切削参数优化模型；为求解所构造切削参数优化模型并辅助决策，提出了一种基于马尔可夫聚类和萤火虫算法双向作用机制的多目标优化方法以及基于伪权重参数向量的多目标决策方法。 （2）提出了一种基于非稳态导热理论的数控铣削加工光顺刀具路径生成方法。分别针对封闭型腔、开放型腔以及含孤岛型腔的不同特征，采用不同的导热边界条件以及差分方程进行刀具路径的生成，并基于Hausdorff距离计算方法来保障加工的无残余，通过提出了一种基于三次Hermite多项式插值的温度场传播规律迁移方法来保障刀具路径间行距的相对均匀性。 （3）提出了一种基于Catmull-Rom样条的数控铣削加工解析式C3连续刀具路径光顺方法。通过插入可调Catmull-Rom样条对相邻离散线段的拐角进行光顺，并对其控制点和调节参数进行优化设计，以抑制光顺刀具路径与原始刀具路径之间的偏差，然后用Catmull-Rom样条替换余留的线段，使刀尖点坐标和刀轴方向相对于刀尖点位移保持C3连续性。 （4）基于VisualStudio开发了一套功能较为完善的数控铣削加工工艺优化原型系统。该系统能实现机床刀具工件管理、三维稳定性预测、工艺参数优化决策、数控铣削刀具路径生成等功能。其界面简洁、交互友好，为一线工艺员提供了一个十分实用的辅助工具。
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