磨削是现代机械加工领域应用最广泛的精密加工技术,并且在大多数情况下,也是精密零件最后一道加工工艺方法。磨削工艺系统涉及的关联要素复杂多变,要素和要素之间存在大量复杂非线性耦合关系,各种关联要素间的相互作用和影响,极大影响了磨削工艺系统的稳定性,从而极大影响了磨削的质量与效率。现有的磨削加工工艺优化方法虽然在提高加工质量与效率方面发挥了重要作用,但一方面很难覆盖不同工件材料及加工要求,另一方面无法反映个性化机床的实际工况,故推广应用的效果十分有限。本文正是针对以上瓶颈问题开展研究的。论文的主要工作和成果如下:(1)揭示了磨削工艺系统动态磨削力对磨削质量和效率的作用机理。提出了考虑磨削过程中受砂轮和工件主轴跳动和振动影响的时域动态磨削力解析模型(TDFMD)。基于高速外圆磨削特点,描述了接触弧长和等效未变形厚度在砂轮和工件瞬时接触的动态行为;重点考查了砂轮、工件及工艺参数等因素对磨削力及其动态变化的影响,为磨削加工工艺系统动态性能预测奠定基础。(2)提出了考虑磨削工艺系统动态性能的工艺优化方法(PODP)。采用多传感器检测及其融合方法,获取磨削工艺系统动态特性(参数),对磨削力时域动态解析模型进行修正,并作为磨削优化系统的输入,使磨削优化参数更接近工程实际,并具有更好的普适性。(3)开发了基于磨削工艺系统动态性能的多传感器测试平台,提出了改进的功率谱方法(mpsd),分析工件和砂轮动态性能对磨削加工质量的影响;采用局部均值分解与lempel-ziv相结合的复杂度计算方法,对磨削工艺系统动态性能进行评价;提出基于核聚类信号融合的磨削稳定区域图判别(sld-kcf)方法,描述高速磨削加工过程的砂轮速度-磨削深度及工件速度-磨削深度对应工艺条件下加工质量稳定性的变化规律。(4)将磨削质量、效率等作为优化目标,建立了外圆磨削工艺优化模型,该模型尝试将磨削加工过程的动态特性特征和磨削加工的基本工艺信息相融合,作为输入变量。采用基于kpca和改进elm的算法对磨削质量进行预测,并与融合工艺系统动态性能的预测进行对比,对比结果显示,融合动态性能的预测结果与实际加工的粗糙度值误差小于5%。采用pareto多目标优化模型,计算优化的工艺参数。(5)分别以航天航空及汽车使用的高速全陶瓷zro?陶瓷和渗碳钢汽车主轴为工程验证对象,使用磨削力时域动态解析模型和多传感器检测方法对不同工艺参数下的磨削结果进行分析,并利用pareto多目标优化工艺参数,作为实际工件磨削的输入,验证了工艺优化方法的有效性。