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基于P20模具钢数控球刀铣削试验，对表面粗糙度的影响因素进行了研究。在试验数据极差分析的基础上得出了如下结论：加工残留高度是球刀铣削粗糙度最重要的影响因素。基于试验数据，利用最小二乘多元线性回归方法，推导并求解出P20模具钢球刀铣削粗糙度的数学模型。利用最优化设计方法和MATLAB优化工具箱，以加工效率为目标函数和以粗糙度预测模型为约束条件，针对实际的问题优选了铣削工艺参数。优化的工艺参数在保证表面加工质量的基础上可大幅提高加工效率，这为数控加工企业降低生产成本提供了重要的理论依据和案例参考。