摘要
钛合金材料的切削加工中普遍存在切削力大、加工效率低、刀具磨损严重等问题，而在刀具表面置入微织构能够有效降低刀-屑接触区的摩擦力，提高刀具切削性能。此外，刀具刃口强化对刀具性能的提升具有积极意义。由于刀具刃口和微织构尺度范围在几十微米至几百微米之间，因此将它们统称为介观几何特征。不同的介观几何特征参数之间存在交互作用，从而约束刀具切削性能和工件表面质量。因此，本文通过理论推导确定球头铣刀前刀面微织构均匀密度函数；基于仿真和试验手段，分析刀具介观几何特征间的交互作用对其铣削行为和工件表面质量的影响规律。以此开展了以下研究： 首先，以球头铣刀作为切入点，基于切屑卷曲理论求解刀-屑理论接触长度，并结合刀具和工件的理论接触区域得到刀具和切屑的理论接触区域，根据刀-屑接触区域确定微织构置入区域；通过圆形区域内均匀分布随机点生成理论建立均匀分布密度函数，得出均匀分布随机点的生成算法，最终建立微织构分布数学模型，并验证理论刀-屑接触区域和均匀分布密度函数形式分布的准确性。 其次，基于上述理论分析，对不同介观几何特征参数的硬质合金球头铣刀铣削钛合金过程进行仿真研究；分析不同介观几何参数对刀具铣削力和铣削温度的影响规律，揭示其作用机制，为后续试验的验证分析和介观几何特征球头铣刀的参数优化提供了基础。 再次，采用激光加工和喷砂处理完成介观几何特征刀具的制备，搭建钛合金铣削试验平台，研究介观几何特征参数对刀具平均铣削力、工件表面粗糙度以及刀具磨损的影响规律，揭示其作用机理，以铣削力、表面粗糙度和刀具磨损为评价标准优选介观几何特征参数范围。 最后，以平均铣削力、工件表面粗糙度以及刀具磨损为评价指标，基于多元线性回归分析建立相应的回归数学模型，采用鸟群算法对介观几何特征球头铣刀的微圆坑直径D、相邻两个微织构间距l1、距刃距离为l、钝圆刃口半径r在解空间内进行搜索，得到最终优化结果。并与实验结果对比证明优化结果的可靠性与准确性。
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