随着制造业的快速发展,面对镍基高温合金等难加工材料大余量去除的迫切需求,传统电火花加工较低的加工效率成为制约放电加工技术进一步发展的主要瓶颈。短电弧加工是一种以高能量电弧放电为能量载体的新型放电加工方法,不仅继承了传统电火花加工不受材料硬度、强度和韧性等限制的优点,还可以实现材料的大余量快速去除,已经成为难加工材料高效加工的一种重要技术手段。本文针对短电弧高效铣削加工中气液混合介质击穿过程、放电通道特性和能量分配规律等机理研究尚不充分,以及加工过程中存在电极损耗较大、加工出的工件表面质量差等问题,对其加工机理和工艺进行了系统深入研究,为促进短电弧高效铣削加工技术的进一步推广应用奠定了理论和实验基础。击穿介质形成等离子体放电通道是进行放电加工的先决条件,本文对短电弧高效铣削加工中气液混合两相流介质击穿机理及放电特性进行了研究。以气体介质和液体介质的击穿理论为基础,从气液混合两相流介质中离散相作用机制入手,采用高斯定律的拉普拉斯方程对气液混合两相流介质中的电势进行求解,建立了两相流介质的电场强度表达式,分析了两相流介质的击穿机理,并通过不同介质中加工实验验证了理论分析结果。通过采集放电过程中电压-电流波形,分析了单脉冲和连续脉冲的放电特性,发现超低压状态下也可以实现放电加工,且整个连续脉冲放电过程是一个开路、火花放电、电弧放电和瞬时短路并存的过程。为明确放电过程中各物理场之间的耦合作用机制、分布规律及其对材料蚀除的影响,本文对短电弧高效铣削加工的放电通道物理场分布特性及材料蚀除过程进行了研究。基于磁流体动力学理论,将温度场、流场、电场和磁场进行耦合,并考虑电弧等离子体与电极和工件之间的传热效应,建立了短电弧高效铣削加工的电极-电弧等离子体-工件耦合模型,得到了放电过程中放电通道的温度、速度、压力、电场强度和磁场强度分布规律。通过对耦合模型的温度场进一步分析,又得到了放电过程中两极材料的蚀除规律,确定了短电弧高效铣削加工的热源分布特性。通过实验对仿真结果加以验证,证实了所建模型可靠。放电通道尺寸和能量分配比例与放电条件有着密切关联,这直接影响零件的加工效果。本文基于单脉冲放电,对短电弧高效铣削加工的放电通道扩展特性及能量分配规律进行了研究。设计并开展了单脉冲放电实验,研究了电参数对凹坑形貌的影响规律,揭示了短电弧高效铣削加工的材料蚀除特性。建立了单脉冲放电温度场模型,通过对比仿真与实验的实际凹坑半径和深度,提出了求解放电通道半径和能量分配比例的方法,得到了电压、脉宽和电流对阳极、阴极放电通道半径和能量分配比例的影响规律,并建立了对应的回归模型。相比于低能量传统电火花加工的相应模型,所建模型针对短电弧放电的特点,不仅考虑了脉宽和电流的影响,还考虑了电压的影响,可以实现对高能量短电弧放电通道半径和能量分配比例的准确预测。为了解决电极损耗较大带来的零件加工精度差的难题,本文对短电弧高效铣削加工的电极损耗特性及其补偿策略进行了研究。结合实验结果和间隙电场模型,对电极损耗过程中电极形状变化原因进行了分析。通过对比实验,研究了不同冲液方式和电极旋转方向对加工效果的影响,确定了最优冲液方式和电极旋转方向。以电极相对损耗和加工效率为工艺指标,通过单因素实验和正交实验,研究了不同极性下电压、占空比、频率和冲液压力对工艺指标的影响,得到了各因素对工艺指标的影响主次关系及各工艺指标的最优参数组合,建立了不同极性下的电极损耗和加工效率工艺模型,并通过实验验证了最优参数组合和工艺模型的可靠性。在此基础上,又进一步基于定长补偿法,通过电极等损耗理论和电极底面轮廓与工件之间的几何关系,建立了单道槽铣削和平面铣削的电极损耗补偿数学模型,并通过补偿实验证实了所建补偿模型的准确性。为了提升加工后零件的表面质量,同时兼顾高效低成本加工的目的,本文对短电弧高效铣削加工工艺进行了研究。通过工艺实验研究了工艺参数对表面质量的影响规律,分析了镍基高温合金的加工表面微观特性。在上述研究的基础上,结合对加工效率和表面质量影响最显著的因素以及两种极性加工的各自优势,提出了高压正极性与超低压负极性组合加工的工艺方法,并进行样件加工验证实验以及与电火花成型加工效果的对比实验,证实了该工艺可以为零件的高效率、低成本和高质量加工提供一种切实可行的方法。