本文研究了滚珠丝杠螺纹硬旋铣工艺的成形过程和加工过程监测技术及其在工艺优化与预报中的应用,解决了硬旋铣加工淬硬GCr15滚珠丝杠螺纹的刀具几何设计、装刀设计、刀具材料优选、刀具破损预报、加工精度预报等关键技术,为实现硬旋铣工艺的高效高精加工,以及在线监控和智能制造提供了有力的技术支撑。首先,分析了硬旋铣加工中旋铣圆直径、螺纹牙型参数、刀盘安装角对滚珠丝杠螺纹滚道成形精度的影响,提出了基于共轭曲面接触线理论的控制滚珠丝杠滚道廓形精度的刀具设计及装刀设计方法。通过硬旋铣切削层参数的几何解析,分析并验证了硬旋铣螺纹滚道两侧面的表面完整性,以及刀具切削刃不同位置的工作状态,明确了刀具切入破损的发生位置,为硬旋铣刀具性能的改进奠定了基础。其次,使用电压型三向压电式力传感器研制了一套硬旋铣刀齿切削力测试系统,建立并验证了基于剪切效应和犁切效应的硬旋铣刀齿切削力预报模型,通过硬旋铣刀齿切削力的分析,明确了硬旋铣刀具切出破损的发生位置。利用开放式数控系统的OPC通信技术开发了一款用于硬旋铣过程监测的机床状态信息访问软件,为工艺过程监测与预报提供了重要的技术手段。再次,通过硬旋铣加工过程中伺服电机输出位移的监测,讨论了机床运动误差的评价方法和数据处理方法,揭示了工件转速对硬旋铣机床匀速段速度波动误差的线性影响规律。通过跟刀架驱动电机输出力矩的监测,给出了工件夹紧系数的合理取值。通过硬旋铣刀齿切削力的监测,检验了硬旋铣工具系统的刚度,明确了硬旋铣工艺的切削振动类型。通过切削力回归方程的建立,给出了利用切削用量控制硬旋铣切削振动的措施。然后,通过不同刀具材料和刀具刃口的PCBN刀具硬旋铣对比切削试验,研究了硬旋铣刀具的失效形式和抗磨损特性,明确了硬旋铣刀具的主要刃口磨损位置,给出了适合硬旋铣加工的PCBN刀具材料和刀具刃口设计,并给出了加工不同精度等级滚珠丝杠的刀具切削用量推荐值。利用数控系统中伺服电机电流环的监测信号,提出了一种预报硬旋铣刀具破损的方法。最后,分析并明确了影响硬旋铣滚珠丝杠行程变动量的主要误差源和主要影响因素。通过支撑架支撑力的监测,提出了一种预报硬旋铣滚珠丝杠行程偏差的方法。运用线弹性力学理论,研究了工件转速、切削力、跟刀架跨距、夹持长度和约束类型对硬旋铣滚珠丝杠行程变动量的影响,并在此基础上探讨了控制硬旋铣滚珠丝杠行程偏差的技术途径。