钛合金Ti-6Al-4V具有高比强度、热稳定性强、抗氧化、耐腐蚀等优异性能,已经在航空航天等重要领域被广泛应用,成为不可或缺的结构材料。由于钛合金具有摩擦系数大、弹性模量低、化学活性强、导热性差等材料特性,加工过程中会出现切削温度高、刀具颤振、刀具磨损较快等问题,直接影响零件的加工质量、加工效率和生产成本。钛合金的加工难题在一定程度上阻碍了航空航天事业发展,因此探究适用于钛合金的加工技术具有重要意义。超声辅助铣削技术通过引入超声振动改变了刀具运动轨迹,在高频往复冲击的作用下,材料去除机理发生变化。研究表明超声辅助铣削技术在降低铣削力和铣削温度,提高合金材料、硬脆材料的加工质量等方面有明显效果,但目前针对钛合金的超声辅助铣削研究尚未成熟。本文以钛合金Ti-6Al-4V为对象,采用数值模拟和实验研究相结合的方式对超声辅助铣削钛合金的力热特性、形貌仿真和表面完整性等开展研究,主要研究内容包括:(1)进行超声辅助铣削钛合金的力热特性研究。首先开展普通铣削和超声辅助铣削钛合金加工实验,探究了超声振幅、冷却方式、转速、每齿进给量和铣削深度对铣削力的影响。研究表明超声振动和湿切加工有利于降低铣削力,铣削力随每齿进给量和铣削深度的增大而增大。同时利用Abaqus对钛合金铣削过程进行有限元仿真,从温度场和应力场的角度探究了超声振动的影响。(2)进行超声辅助铣削钛合金的形貌仿真研究。开展了超声辅助铣削运动学分析,考虑了工艺参数、超声参数和系统几何误差等因素对切削刃运动轨迹的影响,在工件坐标系下建立了切削刃随时间变化的运动轨迹方程。基于刀刃复映原理获取了铣削表面形貌的坐标信息,实现了对表面形貌的预测,并通过实验验证了仿真模型的有效性。此外,研究了振动频率、超声振幅、每齿进给量、轴向跳动和刀具偏心等因素对表面形貌的影响。(3)进行钛合金铣削表面完整性研究。针对普通铣削和超声辅助铣削的钛合金样件进行表面完整性检测,探究工艺参数、超声参数和冷却方式对表面粗糙度、残余应力、表面显微硬度和表面显微组织的影响规律。研究表明超声辅助铣削的高频冲击作用会增大表面粗糙度和表面显微硬度,相比于普通铣削,残余应力和塑性变形也发生明显变化。