数控机床应用广泛,但同时存在加工能耗大、效率低、加工周期长等问题。因此,选择合理的工艺规划方案来降低加工能耗、提高加工效率已经成为绿色制造领域的研究热点。难加工材料切削过程中的加工硬化现象会加剧刀具磨损,降低能量效率,影响零件的已加工表面质量。本文选择不锈钢材料为研究对象,使用机床比能和表面粗糙度作为评价指标,针对难加工材料的能耗和表面质量进行了工艺优化。首先,在分析机床加工过程能耗特性的基础上,提出一种考虑刀具磨损和已加工表面硬度的机床比能预测模型。该模型可用于难加工材料的能耗预测,通过田口法设计的304不锈钢铣削实验加以验证。结果表明,该机床比能预测模型的准确率在98%以上。此外,分析得到切削参数和刀具磨损对机床比能的影响规律:机床比能随铣削深度、铣削宽度、进给速度和铣削速度的增大逐渐减小,随着刀具磨损和表面硬度的增大近似线性增大。该模型为实际生产中难加工材料的切削能耗预测和节能参数选择提供了参考。然后,针对难加工材料切削过程精度和表面质量难以控制这一问题,提出一种考虑硬度的表面粗糙度的预测模型,基于响应面法建立模型并通过不锈钢铣削实验验证模型的有效性。结果表明,模型对于表面粗糙度的预测准确率可达96.7%,具有较高的预测精度。通过探究铣削参数、表面硬度对表面粗糙度的影响规律,得出对于表面粗糙度影响最显著参数是表面硬度。该模型对于实际生产中提高不锈钢零件加工效率、评估加工质量提供了指导。最后,提出了一种基于最低加工能耗和最佳表面质量的多目标优化模型,选取机床比能和表面粗糙度作为优化目标,使用NSGA-II算法结合正交试验设计和响应面法进行优化,得到对应最佳切削参数的Pareto解,并对比经验参数和优选参数的实验结果进行验证,最终得出不锈钢铣削加工节能参数组合:ap=0.6mm,ae=4mm,fz=0.08mm/z,vc=130m/min。该结果为难加工材料的高效、节能、高质量切削提供了工艺规划方案。