螺旋铣制孔技术与工业机器人相结合,可实现干切削工况下的高效制孔,并且在提高加工质量、降低生产成本方面较传统钻削体现出显著优势。但是,航空难加工材料物化属性特殊、切削性能差,使提高螺旋铣制孔质量、避免出口缺陷与抑制刀具磨损变得极具挑战性。为此,本文基于螺旋铣运动学特征,设计了一种专用刀具分屑结构,对其切削过程力学理论进行深入分析,并针对钛合金(TC4-DT)、碳纤维增强复合材料(CFRP)及CFRP/Ti叠层材料,开展系统性试验研究。首先,介绍螺旋铣技术及其刀具研究现状,以航空难加工材料为背景,分析钻削过程产生的质量问题,指出螺旋铣制孔工艺的优势。基于螺旋铣运动学分析,构建运动学方程,对关键运动学矢量进行数学描述;应用MATLAB实现运动轨迹仿真分析,明确切削范围特点及其与自转/公转转速比(R1)、孔径/刀具直径比(R2)之间的关系。提出了螺旋铣制孔专用刀具设计方案。介绍分段式端刃、螺旋状侧刃和齿背冷却孔结构特征,重点阐述分段式端刃分屑结构、四齿同结构和两两对称同结构的仿真设计方案;以不同方案获得的未变形切屑和加工表面形貌的仿真结果为依据,实现专用刀具的端刃结构优化与数学描述;根据优化后的刃型及其关键点的运动轨迹特征,综合R1、R2对轨迹形貌的影响,进一步研究各参数对未变形切屑仿真结果的作用规律;通过不同参数下产生的切屑几何形貌、切削力和制孔质量,验证专用刀具的分屑作用。针对螺旋铣制孔专用刀具,构建了一个非线性切削力模型。通过建立用于描述切削量的坐标系,重点对不同刀齿在稳定加工阶段半自转周期内产生的切屑厚度、切削宽度进行数学描述与数值计算;采用平均力模型的方法,设计实施切削力系数标定试验,对该系数进行线性拟合与计算;最后通过设计开展TC4-DT螺旋铣制孔试验,实现对该切削力模型的验证,并深入分析不同加工参数下的切削力变化规律。基于螺旋铣制孔专用刀具,针对航空难加工材料(TC4-DT、CFRP及CFRP/Ti叠层材料)进行了系统性试验研究。通过对不同参数下的切屑几何特征、切削力变化趋势和制孔质量变化规律进行深入分析,实现了单层TC4-DT、CFRP板螺旋铣制孔过程的参数优化,进而阐述了刀具磨损特征及其对切削力和制孔质量的影响;重点研究CFRP/Ti叠层材料螺旋铣制孔精度,阐述了 TC4-DT与CFRP平均孔径与圆度的变化规律,进一步验证了专用刀具的分屑优势。最后总结本文的主要研究内容、提炼创新点,并对未来的研究工作提出展望。