高精度切削加工被广泛应用于机械制造业中,而机床加工优良的前提在于加工误差小和加工过程稳定。由于切削力和车削颤振情况的存在,工件表面出现尺寸误差及颤振现象,会对车床的加工效率和使用寿命有极大影响。实际情况中,机床的几何和工艺参数一般存在不确定性,研究其变化及影响对提高加工工艺质量,降低加工成本有重要意义。本文基于不等分剪切区理论建立车削切削力模型,采用有限元简化及几何分析的方法,建立细长轴加工过程径向误差模型;再根据再生颤振理论,建立车削轴类工件动力学模型。考虑随机不确定性影响,进行了可靠性及灵敏度分析。最终,对车削加工工艺参数进行可靠性优化设计。具体研究内容如下:首先,建立二维切削模型,计算切削力,并用Matlab得出数值计算结果。为探究模型与实验数据值的差异,用有限元软件进行仿真和分析,将结果与文献实验数据进行对比验证。最后,针对切削力性能进行分析,得出切削力概率分布图。其次,将细长轴简化进行有限元分析,得出加工细长轴径向误差模型,最终进行可靠性概率分析,再通过分析灵敏度评价各参数对径向误差影响程度,得出切深、刀前角值、细长轴直径值、切削速度、切削宽度、跟刀架与刀具的距离及长径比的变化对径向误差和系统可靠度的影响。再次,分析再生型颤振的形成机理,建立了车削动力学模型。分别对普通轴和细长轴进行了数学分析。分析主轴转速与车削极限深度的关系,并将各加工参数对稳定性的影响情况进行总结。采用Kriging方法和蒙特卡洛法分析系统颤振稳定性可靠性和灵敏度,评价各参数对可靠性的影响程度。最后,建立车削工艺参数可靠性优化模型,将车削径向误差和车削系统稳定性等设定为约束条件,优化目标函数设为材料去除率极大值,建立车削工艺参数可靠性优化模型。采用顺序优化与可靠性评估法和人工蜂群算法两种方法进行了参数优化,最终得出优化结果。