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unity 3D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Unity 3D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。