双主轴双刀塔车削加工中心具备了车、铣两大类加工能力,可采用灵活多变的装夹方案和加工方案,加工效率高,柔性强。车削加工中心除像普通数控车床单主轴单零件加工外,还可以采用双主轴单零件、双主轴双零件等装夹方案加工不同批次零件。当采用双主轴单零件装夹方案时,双刀塔对零件的同一特征或者不同的两个特征进行同时加工;当采用双主轴双零件装夹方案时,双主轴能够同时装夹两个相同或不同的零件进行并行加工。与传统机床相比,车削加工中心能够显著减少装夹次数、缩短加工时间,在保证精度的同时提高加工效率、缩减占地面积、降低管理成本,能够较好地应对当前制造业追求高精度、高效率、低成本、准时生产的挑战。车削加工中心的多功能和高柔性给工艺设计带来很大挑战。车铣复合功能可以加工复杂相交特征,但需要解决相交特征识别问题。双主轴单零件装夹并进行同时加工时,必须考虑两个刀塔之间协同与干涉的问题,而双主轴双零件装夹方案则带来了双零件两条工艺路线之间在协同使用刀塔、刀具等资源时调度上的复杂性。在传统工艺设计理论中,特征识别采用的是模式匹配的方法,即用标准固定几何拓扑关系的特征模式进行匹配来识别的,同时没有与车间实际加工资源关联起来,导致了一部分复杂相交特征虽然能够被加工却可能无法正确识别出来的问题;另一方面,传统工艺设计理论中工艺路线的优化通常是针对单个零件来进行的,没有考虑车削加工中心多批次零件同时加工的情况,即单零件与双零件两种不同装夹方案下对调度与排序的综合优化问题。为此,本文拟从以下几个方面展开研究来解决上述问题:(1)提出了面向车铣中心加工能力的复杂相交特征识别方法。构建了工艺方案设计领域模型,为本文研究提供了统一的理论表达和知识推理基础。以切削成形函数、刀具切削刃函数等为基础提出了机床设备加工能力模型,并针对车铣加工能力模型研究了设计特征与制造特征的映射机理。依据车铣中心加工能力模型,为零件设计特征的所有表面选择加工方法、可行的刀具、TAD等参数,提出了基于蚁群算法的表面聚类方法,将满足同时加工或并行加工要求的表面组合成制造特征,最终实现设计特征向制造特征的映射。(2)提出了车削加工中心双主轴单零件的工艺路线优化方法。车削加工中心特有的双刀塔同时加工方式,可以无需等待前一个工步加工结束直接安排第二个刀塔工作,彻底改变了原有工艺路线规划时工步队列规则中先进先出的基本假设。针对这种高柔性多约束的双刀塔工艺路线优化问题,构建了基于0-1混合整数规划的数学模型,以单个零件加工成本最低为优化目标,提出了基于边选择策略的编码方法,解决了遗传算法因编码方法的局限导致初始解中包含非法解的问题,改善了初始解中各类不同模式的分布特性,避免遗传算法求解时容易陷入局部最优的情况。(3)提出了车削加工中心双主轴双零件的工艺路线优化方法。与双主轴单零件装夹方案相比,双主轴双零件装夹方案在一次加工中装夹两个相同或不同零件,主轴与刀塔等资源之间既有独立性又存在紧密关联,主轴和刀塔作业调度相互耦合,其排程难度超过并行机调度问题,需要在避免干涉的前提下优化利用主轴和刀塔资源。由于该问题数学模型目标函数多、约束条件复杂、求解困难,本文提出一种改进非支配遗传算法进行求解,该方法的特点在于选择算子执行之前根据个体之间的支配关系进行了分层,通过拥挤度计算维护了非支配遗传算法各层之间的多样性。(4)提出了基于时态本体模型的面向车削加工中心的capp系统体系架构,分析了工艺设计时态本体模型、设备加工能力本体模型以及零件信息模型之间的映射关系,为完整地理解cad到capp再到cam的数据流动关系,并在capp中将零件信息模型与设备加工能力模型在工艺设计时态本体模型上关联起来提供依据。然后以工业机器人关键零件为实例,应用对置式双主轴双动力刀塔emco车削加工中心,对本文提出的特征映射方法、双主轴单零件工艺路线优化方法、双主轴双零件工艺路线优化方法以及改进算法等的正确性和可应用性进行了验证。本文提出了面向车削加工中心的特征映射、双主轴单工件和双主轴双工件工艺方案设计理论与方法,并通过实例验证了其正确性和可应用性。本文所提出的理论与方法对提高企业高柔性昂贵车削加工中心设备的利用率,以及对复杂车/铣类零件工艺设计水平的提高有一定的参考价值。