随着现代金属切削技术的发展,高速铣削以其特有的优势开始广泛应用于多个领域。铣削过程参数的选择和铣削结果的预报成为当前的重要课题。本论文以高速铣削过程中的切削力为主要研究内容,从解析建模、有限元仿真和实验方面分析了高速铣削时的切削力,对研究高速铣削机理及高速铣削的应用具有重要的理论价值和实际意义。 论文结合全国优秀博士学位论文作者专项资金(200231)及山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(02BS074)项目,在研究高速铣削机理的基础上,建立平头立铣刀和球头铣刀刀刃的几何模型和切削力学模型。并在此基础上,基于热弹塑性基础理论,利用有限单元法中的更新的Lagrange公式,采用网格自动重划分技术,建立了二维正交切削的有限元模型。该仿真可以形象地表现出切削过程中的切削力的变化。 通过设置不同的仿真参数和切削参数,获得了切削过程中动态切削力的曲线,对不同参数下的切削力进行分析比较,研究了切削参数对切削力变化的影响,并获得了所仿真范围内比较优化的切削参数。设计两次单因素实验,分别改变轴向切削深度和进给速度,采集了切削力数据,并将实验结果与仿真结果进行比较,验证有限元仿真模型。 为了在较少的实验次数下更好的研究切削力,根据4因素4水平法正交实验法设计实验方案,用硬质合金平头立铣刀在高速度数控加工中心对P20和45钢进行高速铣削,获得了实际切削力的动态曲线,比较了切削不同工件材料时的切削力及不同切削参数下的切削力。建立了切削力的预测模型,并对该模型的回归方程和系数进行了显著性检验。该模型能够预报高速铣削过程的切削力。