螺纹干式旋铣是一种适用于螺纹传动件的优质高效加工工艺,在高端数控机床、航空航天、船舶等重大装备领域的核心螺纹传动件加工中有着广阔的应用前景。目前在切削工艺的加工机理及工艺性能和切削工艺能耗等方面主要集中在传统切削工艺,而针对具有多自由度相对运动、多刃渐进成形及时变断续冲击等特殊性的螺纹干式旋铣机理和工艺性能方面的研究仍很匮乏,尤其缺乏在切削能耗与工艺性能优化的基础理论研究方面,制约着我国高效、高质量及绿色螺纹干式旋铣技术的发展。为此,本文围绕螺纹干式旋铣材料去除机理、能耗建模与工艺性能优化等方面进行研究,主要内容包括:螺纹干式旋铣材料去除运动、几何及力学机理,切削能耗建模及其与材料去除率、表面粗糙度等工艺性能的多目标优化。本文的主要研究工作具体如下:首先,针对螺纹干式旋铣加工具有多自由度相对运动、多刃渐进成形及时变断续冲击等特殊性,建立螺纹干式旋铣材料去除过程运动-几何-力学机理模型。分析刀盘倾斜角影响下的多自由度相对运动材料去除运动特性,建立材料去除运动学模型。结合多刃渐进成形特性分析刀具-工件接触几何区域,建立材料去除几何模型,包括未变形切屑厚度、横截面积、刀刃-工件接触长度及材料去除率模型。在分析时变断续特性作用下的刀具受力特性的基础上,结合瞬时未变形切屑横截面积和刀刃-工件接触长度建立瞬时切削力模型。接着,建立基于材料去除机理的螺纹干式旋铣切削能耗模型。在分析时变断续切削过程动态切削力作用下的材料去除切削能耗特征的基础上,结合切削力、材料去除率以及工艺参数建立螺纹干式旋铣切削比能模型,通过实验对比切削比能预测及实验值验证模型的有效性。进一步分析不同工艺参数下的切削比能变化特性,揭示工艺参数对切削比能的影响规律,提出切削比能与材料去除率的优化策略。然后,开展基于螺纹干式旋铣材料去除机理的工艺性能建模与分析研究。结合建立的材料去除率模型,揭示工艺参数对材料去除率的影响规律。基于多自由度相对运动、多刃渐进成形几何机理作用下的螺纹表面成形误差分析,建立螺纹表面误差预测模型,进而建立螺纹表面粗糙度模型。在此基础上,对螺纹表面粗糙度与材料去除率两种工艺性能的优化策略进行分析。最后,针对单独考虑切削能耗或工艺性能有可能会对其他目标产生负面作用的问题,开展面向螺纹干式旋铣切削能耗与工艺性能的多目标优化研究。将切削比能、切削力、材料去除率、表面粗糙度等为优化目标,旋铣工艺参数及其范围为约束条件,建立集成灰色关联、主成分分析及曲面响应法的多目标优化模型并对模型求解获得优化的工艺参数组合。