面对日益严重的能源和生存空间问题,产品的微小型化已成为一种迫切的趋势。随着微制造技术的不断发展,尤其是在航空航天、国防工业、微电子工业和生物医学等领域对在高温环境下具有高强度的微型结构和零件的迫切需求,单晶高温合金材料制造的微型结构/零件结合了微型特征和高温合金材料的耐高温性能,被广泛的应用于耐高温的工作环境中。近年来,微切削技术尤其是微铣削加工取得了长足的进展,促进了微切削技术在切削机理、工艺装备、参数优化及工件材料等方面技术的进步。不断提高微小零件的表面质量和精度成为微切削加工领域的重要问题。单晶材料制备的微型零件只有一个晶粒,消除了垂直于高温应力轴的横向晶界,极大的提高了单晶零件的高温性能和使用寿命,单晶高温合金材料的切削应力大、切削温度高、加工硬化严重、刀具使用寿命低,单晶材料具有明显的力学各向异性特性,材料的去除机理区别于多晶材料的沿晶界剪切滑移,在各个晶面的加工特性显著不同,以往的微切削技术更多的集中于对多晶材料的加工研究,目前缺少对单晶零件材料尤其是单晶高温合金的微切削机理和工艺试验研究。因此,为指导单晶镍基高温合金的微铣削加工过程,本文基于理论研究、有限元仿真和试验相结合的方法对单晶镍基高温合金的关键技术问题进行了探索性的研究,主要研究体现在以下几个方面:（1）通过分析单晶镍基高温合金材料的性能特点和力学各向异性,基于单晶体的派-纳力模型及位错滑移理论,提出单晶体的材料去除机理,指出密排面和易滑移晶向;基于分子动力学仿真方法,建立单晶高温合金分子动力学切削模型;通过扫面电镜观察微铣削单晶材料亚表层滑移带的形状及深度,验证单晶材料的变形机理;基于试验方法对比和验证单晶材料和多晶材料去除机理的不同;从单晶镍基高温合金的切屑形态出发提出单晶材料塑性失稳条件和较大应变率导致的锯齿形切屑。（2）建立单晶镍基高温合金的微铣削表面粗糙度理论模型;基于微量润滑（MQL）技术和干切削条件对比工艺参数在单因素试验条件下对表面粗糙度的影响,基于响应曲面法建立粗糙度预测模型,分析交互因素对表面形貌的影响作用;通过正交试验法优化工艺参数;对异种材料、不同晶面、不同刃径和刃数刀具等对工件表面质量产生影响的相关因素进行了试验分析。（3）将切削区分为剪切区、耕犁区和回复区,引入轴向微铣削力,建立和完善剪切区以剪切为主、耕犁区以耕犁为主和回复区以后刀面摩擦力为主的微铣削力数学模型,实现单晶材料微铣削力三维仿真;通过正交试验建立微铣削力的回归预测模型,分析切削参数对微铣削力的影响规律;验证理论铣削力、仿真铣削力和试验铣削力的一致性和准确性。（4）基于单晶镍基高温合金DD98材料特性推导和计算HILL本构模型参数,实现单晶材料微铣削温度场三维仿真,定义微铣削的切削区温度场和切屑产生阶段,获得温度场分布情况;提出温度场测量的人工热电偶方法,获得微铣削工艺参数在（100）典型晶面内对微铣削温度的影响规律,及不同晶面的温度场分布情况。（5）建立微铣削刀具的磨损数学模型,针对高温合金切削应力大、硬度高的特点,通过扫描电镜（SEM）检测和分析微铣削刀具切削单晶镍基高温合金的磨损机理,提出刀具磨损表现形式,通过能谱分析刀具和工件材料的元素变化对切削过程和工件性能的影响。（6）为研究单晶镍基高温合金微铣削表面及亚表层的变形机理,通过光学显微镜观察并分析白层现象的产生机制和原因;通过扫描电镜（SEM）实现金相检测和能谱分析,探讨白层元素的影响机理,并对亚表层的显微硬度进行测量;模拟单晶高温合金材料的高温工作环境,对微铣削后工件实施不同的高温热处理工艺,探究工件冷塑性变形后在高温使用环境条件下对单晶高温合金再结晶影响机理,提出有效的抑制再结晶方法。本文通过理论研究、有限元仿真和试验相结合的方法探索单晶镍基高温合金的微铣削机理及关键技术问题,有利促进微切削技术对于难加工材料的扩展,完善微切削理论体系,对于单晶材料的应用及加工质量和精度的提高具有指导和应用意义。