High efficiency milling is one of the main goals of CNC machining. Although roughing operation has low requirement for machining accuracy, the milling parameter selection usually need to consider the cutting force, milling stability, spindle torque and power. Besides, the tool wear in difficult-to-cut material machining is another very prominent problem. Therefore, how to achieve the high efficient milling parameters under the multi-constraint condition has been a severe challenge in the field of CNC machining. In this paper, a milling parameter optimization method for efficient rough machining is proposed by combining the off-line optimization and real-time monitoring. Firstly, a mathematical model of the optimization problem is established, which takes the machining efficiency as the objective, the spindle speed, radial and axial depth of cuts as the variables, and considers the multi-constraint, such as the basic parameter feasible region, cutting force, stability, spindle torque and power. Secondly, the quantitative relationship between the spindle three-phase current and milling force is established to realize the real-time estimation of cutting force coefficients. Furthermore, a numerical optimization method based on the random vector search is proposed, and the overall optimization procedure is given. Finally, a series of experimental verifications on the titanium alloy Ti5Al5Mo5VCrFe machining has been carried out, and the case study results show that the proposed parameter optimization method can greatly improve the machining efficiency, which proves the validity of the method.

高效铣削是CNC加工的主要目标之一。虽然粗加工对加工精度要求不高，但铣削参数的选择通常需要考虑切削力、铣削稳定性、主轴扭矩和功率。此外，难切削材料加工中的刀具磨损是另一个非常突出的问题。因此，如何在多约束条件下实现高效的铣削参数一直是数控加工领域面临的严峻挑战。本文提出了一种将离线优化与实时监控相结合的高效粗加工铣削参数优化方法。首先建立优化问题的数学模型，以加工效率为目标，主轴转速，径向和轴向切削深度为变量，考虑基本参数可行域、切削力、稳定性、主轴扭矩和功率等多重约束。其次，建立主轴三相电流与铣削力的定量关系，实现切削力系数的实时估算。此外，提出了一种基于随机向量搜索的数值优化方法，并给出了总体优化过程。最后，对钛合金Ti5Al5Mo5VCrFe加工进行了一系列实验验证，案例研究结果表明，所提出的参数优化方法可以大大提高加工效率，证明了该方法的有效性。如基本参数可行域、切削力、稳定性、主轴扭矩和功率等。其次，建立主轴三相电流与铣削力的定量关系，实现切削力系数的实时估算。此外，提出了一种基于随机向量搜索的数值优化方法，并给出了总体优化过程。最后，对钛合金Ti5Al5Mo5VCrFe加工进行了一系列的实验验证，案例研究结果表明，所提出的参数优化方法可以大大提高加工效率，证明了该方法的有效性。如基本参数可行域、切削力、稳定性、主轴扭矩和功率等。其次，建立主轴三相电流与铣削力的定量关系，实现切削力系数的实时估算。此外，提出了一种基于随机向量搜索的数值优化方法，并给出了总体优化过程。最后，对钛合金Ti5Al5Mo5VCrFe加工进行了一系列的实验验证，案例研究结果表明，所提出的参数优化方法可以大大提高加工效率，证明了该方法的有效性。建立主轴三相电流与铣削力的定量关系，实现切削力系数的实时估算。此外，提出了一种基于随机向量搜索的数值优化方法，并给出了总体优化过程。最后，对钛合金Ti5Al5Mo5VCrFe加工进行了一系列实验验证，案例研究结果表明，所提出的参数优化方法可以大大提高加工效率，证明了该方法的有效性。建立主轴三相电流与铣削力的定量关系，实现切削力系数的实时估算。此外，提出了一种基于随机向量搜索的数值优化方法，并给出了总体优化过程。最后，对钛合金Ti5Al5Mo5VCrFe加工进行了一系列实验验证，案例研究结果表明，所提出的参数优化方法可以大大提高加工效率，证明了该方法的有效性。