高速铣刀是实现高速切削的重要工具,其结构、材料直接影响高速切削性能,是高速铣刀技术研究与开发的重要内容。高速铣削技术不断发展与应用,对高速铣刀切削性能提出了更高的要求。高速铣刀切削的物理场分布不仅反映切削载荷特性及切削性能,而且是其结构、材料设计特征在高速切削加工中的响应。已有研究主要是通过对既定材料及结构的铣刀进行物理场分析,得出铣刀性能特点,忽略结构及材料的交互作用对其物理场分布及性能的影响。本文对具有不同结构及材料特征的铣刀进行物理场分析,得到物理场分布规律,根据所得规律对结构及材料的改进能够提高切削性能。因此,研究铣刀结构、材料设计特征及其物理场分布对于揭示高速切削基本规律具有较大的理论价值和现实意义。本文主要进行以下研究:在高速可转位铣刀可靠性影响因素研究基础上,提出高速可转位铣刀失效判据,建立高速可转位铣刀可靠度模型,依据可靠性分析结果,建立高速铣刀初始几何模型及有限元模型。进行高速铣刀载荷特性研究,建立高速铣刀有限元载荷边界条件,通过有限分析研究切削力、切削热载荷对高速铣刀多物理场分布影响规律,为铣刀结构及材料设计特征分析提供基础数据。针对高速铣刀切削典型工件材料的特点,进行高速铣刀有限元物理场分布特性研究。进行高速可转位面铣刀、高速可转位球头铣刀切削铝合金和淬硬钢应力场、温度场、热-力耦合场和模态分析,获得铣刀结构设计特征对铣刀物理场分布的影响规律,为铣刀结构设计提供依据。采用均匀实验方法,规划铣刀材料设计特征。通过高速铣刀热-力耦合场分析,获得铣刀材料特征对其物理场分布特性影响规律,建立材料设计特征对其变形、温度的回归模型,提出铣刀结构、材料设计特征与其速度匹配设计方法,为铣刀材料优化设计奠定基础。