随着国内智能制造技术的发展,数控机床依靠其高效率和高精度的性能优势,正在逐渐取代传统加工设备。加工工艺与机床夹具是工件加工过程中的重要组成部分,对于保证工件加工精度、加工效率等具有重要作用,因此对数控加工工艺和机床夹具进行优化设计具有重要意义。针对角磨机齿轮箱体数控加工工艺和夹具设计不合理导致的加工精度可靠性和加工效率不理想,本文基于某型号角磨机齿轮箱体的数控加工过程,开展了工艺优化设计、自动夹具结构分析设计、刀具寿命研究、加工精度可靠性分析和铣削参数优化设计五个方面的工作,并对优化设计结果进行了实验验证,具体研究内容如下:(1)针对齿轮箱体结构及其加工工艺进行分析,得到其加工难点及现有工艺缺陷,基于五轴数控机床对齿轮箱体加工工艺进行优化设计,利用Hyper Mill编写加工工艺规程,进行数控加工轨迹仿真,并生成CNC程序,为加工工艺研究实验打下基础。(2)基于齿轮箱体结构特点和工艺要求,对工件定位方案进行分析,完成了齿轮箱体自动夹具的结构设计,进行了相应静力学分析与疲劳分析,对夹具结构进行了优化,对夹具的制造精度进行了设计。(3)针对铣削加工中工艺参数对刀具磨损的影响规律进行了研究,利用Deform切削仿真软件,对各切削参数对刀具磨损的影响程度进行了分析;通过切削实验对切削仿真进行验证,建立了刀具寿命公式,为工艺参数优化奠定基础。(4)基于齐次坐标变换理论,对工件在夹具中的定位误差进行了分析,建立了工件定位误差模型,并对其不确定性误差分布进行了求解,在此基础上建立了加工精度可靠性模型,为加工工艺可靠性优化设计奠定基础。(5)基于加工精度可靠性模型,建立了以加工效率为目标,期望加工精度可靠度与刀具寿命为约束的加工工艺可靠性优化设计模型;采用遗传算法对该模型进行求解,确定最佳工艺参数,优化后加工效率提升39.39%,加工精度可靠度达到99.21%,刀具寿命提升25.64%,通过实验进行了验证。