经受长期的碾压后,钢轨轨面条件的不断恶化和轨头变形量的积累导致轮轨接触关系越来越差,钢轨的使用寿命降低,严重时将危及列车的运行安全。钢轨铣磨车是一种全新的钢轨修复装备,与传统的钢轨修复装备比较,铣磨车具有整备时间短、环境污染小、作业效率高、作业成本低、作业限制少、作业精度高和作业效果好等优点。铣磨车对钢轨进行修复都是采用先铣后磨的方式,其中铣削部分承担了绝大部分的钢轨修复量。因此,钢轨铣刀盘作为铣磨车铣削部分的执行部件,其设计质量的好坏将直接影响钢轨的修复精度及作业效率。本文的研究对象为用于60 kg/m钢轨修复的铣刀盘,主要研究内容如下:1)基于其廓形的国家标准和修复要求,反求出了铣刀盘的理论设计廓形;用圆弧形刀片和方形刀片对该轮廓进行了拟合,并提出了一种中间坐标系法来计算刀片的定位点坐标,实现了刀片坐标系与铣刀坐标系之间的坐标转换。2)通过仿真研究了铣削参数和刀具参数对切屑尺寸的影响规律,在此基础上确定了最大切屑尺寸,然后利用建立的容屑槽模型计算出了铣刀盘容屑槽尺寸,为确定刀片组数范围提供依据。3)根据威林曼恩铣削力计算方法与铣刀盘轮廓的拟合方式研究刀片组数和倾斜角度对铣刀受力平稳性与铣刀受力最大值的影响,优化了刀片的排布方式。4)以结构柔度最小为目标,采用有限元法对该铣刀盘刀体进行了结构拓扑优化,且优化后刀体比优化前减轻27.51%,达到了轻量化目的。经上述设计与研究之后,得到的铣刀盘不仅能够满足钢轨轮廓修复精度的要求,而且质量轻、结构合理。