微铣削技术作为一种新型的微细加工技术,可以在毫米量级甚至更小的零件上高效率、高精度地加工出三维复杂结构,因此可以满足微小零部件的加工要求。相比较传统铣削加工技术,微铣削加工过程中因切削尺度缩减呈现出的尺度效应现象无法用传统切削理论来描述。此外,微铣刀直径小(通常为50μm~1mm)、刚度低,切削时受冲击载荷及振动的影响比较大,破损是刀具失效的主要形式。选择合适的切削参数对于避免刀具破损,延长微铣刀寿命有着重要意义。针对上述特点,本文对考虑尺度效应的微铣削过程有限元仿真和考虑刀具破损、表面粗糙度为约束的切削参数优化两方面开展研究:针对微铣削加工过程中因切削尺度缩减呈现出的尺度效应现象,利用有限元仿真方法进行微铣削加工过程研究。首先,基于应变梯度塑性理论修正材料,Johnson-Cook(JC)本构方程来描述材料强化行为,考虑刀具刃圆半径及其对前角的影响计算材料的应变梯度;然后,基于修正的JC本构方程进行微铣削过程仿真二次开发,并组织微铣削Inconel718实验,通过实验测得单位切削力与基于JC本构方程仿真输出结果和基于修正的JC本构方程仿真输出结果对比,对本文提出的考虑尺度效应的微铣削过程有限元仿真模型的准确性进行验证。最后,应用该仿真模型,探讨了不同切削厚度对切削力大小和切屑形成机理的影响。结果证明基于修正JC本构方程的微铣削加工过程仿真切削力和切屑成形与实验结果更符合。为了实现在满足表面粗糙度和刀具安全的前提下的微铣削加工材料去除率最大化,本文进行了一系列研究。基于微铣削力模型,求取沿螺旋刃分布载荷引起的微铣刀弯曲应力;通过实验测量计算获得硬质合金微铣刀破损时能承受的极限应力;把通过微铣削力模型推导得到的刀具弯曲应力和微铣刀破损极限应力做对比,实现微铣刀早期破损的预测。建立直槽底面的表面粗糙度预测模型:该模型以微铣刀的运动轨迹为基础,考虑振动、工件表面成形、弹性回复和刀具几何形状,获得刀具的实际运动轨迹,再结合材料的弹性回复量,获得材料的最终轮廓表面,建立微铣削加工表面粗糙度的解析模型。最后以材料去除率(MRR)最大为优化目标,表面粗糙度和刀具不破损为约束,利用遗传算法,进行切削参数优化研究,研究结果可为预防刀具早期破损,提高微铣削效率和切削参数选择提供参考。