随着“中国制造2025”的提出,国家对制造技术的要求逐步提高,水力发电作为重中之重备受国家重视,其核心部件是水轮机水斗,水轮机水斗结构是狭长勺形加工困难。目前对于水斗的加工已经逐步从焊接式加工转变为整体式加工,整体式加工优点较多,加工方式多采用插铣加工。插铣加工所使用的刀具长径比较大(长径比一般为14:1),大的长径比在加工过程中必然会引起振动,降低加工效率和刀具寿命,影响工件质量。本文为减少插铣加工中的振动,引入不等齿距结构;为提高加工效率和刀具寿命,引入阶梯结构;本文以不等齿距阶梯插铣刀设计及性能分析为总线,加工不锈钢0Cr13,进行如下研究:首先,对不等齿距阶梯插铣刀进行结构设计。通过设计与分析插铣刀阶梯结构、前角及主偏角的范围,确定插铣刀的结构;运用谐波能量和最小作为最优刀齿分布密度目标函数,采用Fmincon方法对刀齿齿距进行优化,确定插铣刀的齿间角。其次,对不等齿距阶梯插铣刀角度参数进行优选。利用UG软件建立不等齿距阶梯插铣刀三维模型,并运用ANSYS Workbench软件进行有限元分析,找出最优的角度参数组合,并对最优角度参数组合的刀具进行动平衡分析。再次,对不等齿距阶梯插铣刀最优角度参数组合进行验证。利用Deform-3D软件建立不等齿距阶梯插铣刀铣削加工不锈钢0Cr13的仿真模型,通过铣削仿真验证不等齿距阶梯插铣刀最优角度参数组合,并通过试验验证仿真结果的准确性;分析不等齿距阶梯插铣刀与普通插铣刀在铣削力、铣削温度和刀具磨损方面的不同。最后,对不等齿距阶梯插铣刀进行模糊物元评价。建立不等齿距阶梯插铣刀铣削性能模糊物元评价模型,通过铣削试验确定评价指标:铣削力、加速度和刀具磨损量的数值,并根据隶属度最小原则,评价不等齿距阶梯插铣刀的铣削性能。