摘要
随着制造业与信息化的快速发展，数字孪生技术在各行业的研究与应用得到迅速扩展，机床作为制造业中不可或缺的工业母机，关系着国家经济发展的战略地位。机床铣削过程中，铣削力过大会影响加工过程的质量，甚至可能会导致铣刀磨损、断裂等问题。因此，本文提出了一种基于数字孪生的机床铣削力预测方法，实现机床铣削过程的铣削力预测和多维度表达，同时在数字孪生系统中实现以最小铣削力、最大材料去除率和最小铣削功率为目标的工艺参数优化，并完成整个数字孪生系统的实现和验证。其主要工作如下： 1.基于数字孪生机床铣削过程，开发以可视化铣削仿真、铣削力预测和工艺参数优化为主要功能模块的unity3D铣削虚拟监测系统。设计一种针对于虚拟监测系统下的铣削交叉碰撞检测算法，提高虚拟监测系统下刀具和工件在切削时的检测精度。同时，基于传统数字孪生虚拟监测系统下的高并发环境，提出基于缓存和消息队列的异步传输方案，确保虚拟监测系统数据交互的性能和准确性。 2.设计一种影响铣削力的全因素实验方案，利用spike测力系统进行实验场景的搭建，采集机床切削过程中的主轴转速、径向进给和进给量等工艺数据。开发基于实时数据的预测模块，扩充虚拟监测系统的交互功能模块，实现铣削现场实时数据的预测可视化。 3.由于加工过程的铣削力、铣削功率和材料去除率有着直接关系，利用虚拟监测系统的数据持久化模块，设计一种基于遗传算法的pareto解以面向高材料去除率、低铣削功率和低铣削力为核心的多目标铣削参数优化。 4.开发基于的Unity3D数字孪生铣削虚拟监测系统，对铣削虚拟监测系统下的性能、功能和显示效果进行测试，确保铣削虚拟监测系统在实时铣削仿真过程中能够拥有稳定、可靠的交互。
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