涡旋盘作为涡旋压缩机的核心零部件,其加工精度直接影响着涡旋压缩机的可靠性和工作效率。铣削力是涡旋盘铣削加工过程中重要的物理量,与涡旋盘的加工质量、加工效率和铣削刀具磨损密切相关,建立瞬时铣削力的高精度数学模型能够为变截面涡旋盘的铣削颤振等加工质量相关研究奠定力学基础。然而,由于受刀具跳动、颤振、表面粗糙度等因素的影响,目前涡旋盘瞬时铣削力模型存在精度不高、铣削参数的选取依赖于经验方法等问题。因此,本文考虑刀具跳动因素,依据加工实验建立变截面涡旋盘瞬时铣削力预测模型,并研究了铣削参数对铣削力系数的影响规律,主要内容如下:(1)变截面涡旋盘铣削加工实验研究。依据涡旋型线构成原则与生成方法建立三段基圆渐开线的变截面涡旋盘内外壁面型线方程,采用CAD和SolidWorks软件建立三段基圆渐开线的变截面涡旋盘二维和三维模型。基于正交试验法设计变截面涡旋盘铣削实验方案,并在XK714数控铣床上完成变截面涡旋盘铣削加工,采用Kistler9257B三向压电式测力仪记录不同铣削参数下随时间变化的瞬时铣削力数据,并对数据进行分析处理将其转换为随刀具旋转角度变化的瞬时铣削力数据,该研究内容为后续研究工作奠定实验基础。(2)基于改进粒子群算法的变截面涡旋盘瞬时铣削力模型参数求解。为了提高变截面涡旋盘瞬时铣削力预测精度,通过理论推导建立变截面涡旋盘铣削过程的瞬时铣削力数学模型,采用自适应惯性权重和随机扰动因子的改进粒子群算法对变截面涡旋盘瞬时铣削力系数和刀具跳动参数进行同步辨识。结合变截面涡旋盘瞬时铣削力实验数据验证,得到瞬时铣削力实测曲线与预测曲线的峰值误差在15%以内,说明采用改进粒子群算法能够为考虑刀具跳动情况下的瞬时铣削力预测提供依据,并且该方法只需较少的实验次数即可获得较高精度的参数辨识结果,减少了实验成本,提高了变截面涡旋盘瞬时铣削力的预测精度,对涡旋盘的加工具有重要的参考价值。(3)基于多重回归法分析变截面涡旋盘铣削参数对平均铣削力系数的影响。为了研究铣削参数对铣削力系数的影响,将变截面涡旋盘瞬时铣削力系数假定为常数,由瞬时铣削力模型推导出平均铣削力系数的计算公式。采用定积分法将随刀具旋转角变化的瞬时铣削力数据处理为平均铣削力数据,基于该数据计算得到变截面涡旋盘不同铣削参数下的平均铣削力系数数值,分别采用四种不同的回归模型对切向和径向平均铣削力系数进行多重回归分析。通过检验的值和判定系数选定平均铣削力系数的最终回归模型,与铣削实验数据对比结果表明:切向和径向平均铣削力系数回归模型的相对误差都控制在20%以内,说明两者回归模型能够为研究铣削参数对平均铣削力系数的影响规律提供依据。最后,分别研究四个铣削参数对平均铣削力系数的影响发现:吃刀深度和侧吃刀量对切向平均铣削力系数的影响相对较大且呈现出非线性关系,每齿进给量和刀具转速对其影响较小,呈现出线性关系且趋于水平;而径向平均铣削力系数与吃刀深度、每齿进给量及侧吃刀量呈现线性关系,且随自变量的增大而增大,刀具转速对其影响相对较小。该研究内容为变截面涡旋盘铣削参数的选择提供了参考依据。