随着建筑装潢业的快速发展,花岗岩、大理石等天然石材以其坚硬耐磨、色彩丰富以及光亮如镜等独特之处备受人们的喜爱,石材装饰品的国内产量和消耗量已多年居于世界首位,然而,由于花岗岩具有高强度、高硬度、高脆性、耐磨性能好等特征而被划分为难加工材料。目前,主要通过金刚石刀具对花岗岩的铣削过程以实现高精度加工,金刚石刀具的铣削性能的优劣将直接影响加工效率、产品质量和成本,铣削性能的评价主要考虑刀具受到的铣削力,铣削过程实际上就是金刚石刀具表面上大量离散分布的金刚石颗粒与被加工材料相互作用,实现其材料去除的过程。因此,研究单颗粒和颗粒顺次切削是认识复杂铣削过程的一种重要手段。本文以花岗岩铣削加工为研究对象,采用数值仿真技术与压划痕试验,在微观上从单颗粒切削与顺次切削研究入手,分析了不同加工工艺参数对切削力、材料去除机理和表面加工质量的影响,主要研究内容有以下几个方面:(1)通过查阅文献资料,深入了解硬脆性材料微加工的研究现状,整理有关石材材料力学特性、破碎机理以及不同断裂形式下的理论力学模型,选取适合花岗岩铣削加工的理论力学模型,为深入研究铣削加工提供了可靠的理论依据。(2)运用ANSYS/LS-DYNA建立金刚石颗粒切削花岗岩的数值模型,采用单因素法分析颗粒切入形式、切入角度、切削速度、切削深度等参数对切削力的影响规律。通过选取颗粒切入角度、切削速度和切削深度,设计了三因素三水平正交表,通过数值模拟和极差分析,得出了三个因素对切削力的影响顺序依次为切削深度、颗粒切入角度、切削速度;通过方差分析发现,切削深度和颗粒切入角度对切削力有显著影响;在低速范围内,切削速度对切削力影响不大。(3)对不同种类的花岗岩试件进行压划痕试验,对不同深度和进给速度下的切削力的变化情况进行分析,对比验证数值模型的可靠程度。结合数值仿真可以深入研究铣削过程中花岗岩的脆塑性变形、去除机理、表面亚损伤程度以及残余应力分布情况。本课题以金刚石颗粒对花岗岩的微观切削入手,通过理论模型、数值仿真与压划痕试验分析了不同的加工参数对切削力的影响规律,深入研究了铣削过程中花岗岩的去除机理、表面亚损伤度、残余应力分布情况。为花岗岩铣削参数的优化提供了一定的理论依据,本研究对于硬脆性材料的加工具有普遍适用意义,具有重要的工程实用价值。