高效切削加工作为先进制造技术的重要基础技术之一，可以大幅度地提高生产效率，降低成本，对于提高加工水平，加快新产品开发具有十分重要的意义。随着对零件使用性能要求的日益提高，难加工材料的应用日益广泛；然而目前针对难加工材料高效切削的机理研究尚不成熟，难加工材料高效切削的工程应用缺乏坚实的理论指导，不能充分发挥高效切削的优越性。针对这一现状，本文选择几种典型的难加工材料，从材料去除机理、切削能量分配、切削力和切削温度特性以及加工表面质量等方面对难加工材料高效切削机理展开理论分析和试验研究；并结合有限元数值模拟方法和切削试验，研究刀具刃口几何结构对于切削过程的影响规律，对刀具刃口的结构进行优化设计。论文的主要研究内容包括：　　 l、针对难加工材料锯齿形切屑的形成机理，选择两类典型的难加工材料——钛合金和淬硬钢开展切削试验，研究了在不同切削条件下切屑形态的演变过程和变化规律，指出锯齿形切屑的形成机理与材料的特性和加工条件密切相关。钛合金的锯齿形切屑主要由绝热剪切现象产生；淬硬钢的锯齿形切屑在低速下主要由材料的周期性断裂形成，而在高速下则由材料的周期性断裂和绝热剪切行为共同形成。研究了绝热剪切区内应力和温度的动态变化规律，根据材料的热塑性失稳方程得到钛合金TC4发生热塑性失稳的初始应变值为0.79，淬硬钢SKD11对应的初始应变值为0.18。　　 2、基于斜角切削模型，分析了三维铣削中单位摩擦力和剪切力的分布规律，建立了难加工材料铣削加工过程中剪切能和摩擦能模型。对钛合金的研究结果表明其铣削过程中尺寸效应表现明显。远离临界切削层厚度时，切削比能趋于稳定。随着切削层厚度减小到临界切削厚度以下时，切削比能迅速上升，摩擦能所占的比例迅速增加。　　 3、研究了切削加工参数对于高速铣削力和铣削热的影响规律。针对钛合金高速铣削，指出随切削速度的提高，铣削力和铣削温度随着切削速度增加而增大，但是铣削力的上升趋势随着切削速度提升而减缓。铣削力随着平均切削层厚度的减小而减小，其曲线的变化趋势表现出尺寸效应；同时，由于材料的去除机理发生了改变，减小平均切削厚度对于TC4的铣削温度具有先降低再升高的影响趋势。　　 4、从表面微观形貌、表面粗糙度、表面变质层和残余应力等方面，研究了难加工材料铣削加工表面质量。针对淬硬钢SKD11，指出硬铣削在工件表面引入残余压应力，并且残余压应力的分布具有方向性，试验得到垂直进给方向上残余压应力的增加值约为沿着进给方向上残余压应力的增加值的两倍。刀具磨损导致加工表面光洁度恶化并产生表面变质层，研究表明硬铣削时，在铣刀剧烈磨损阶段，加工表面硬度下降了100HV，变质层深度约120μm。因此，在制定精加工中刀具的失效标准时需要充分考虑表面质量因素。本研究中，依据试验结果，将磨钝标准定为VB=0.17mm，可以将表面粗糙度控制在0.4μm以内，表面微硬度控制在700HV以上，满足模具钢加工的要求。　　 5、针对高效切削对于现代刀具刃口细化设计的要求，借助有限元数值模拟手段，提出了基于响应曲面法的难加工材料刃口细化设计方法。建立了奥氏体不锈钢切削加工中切削力、切削力的方向以及切削刃上的最大等效应力相对于刃口结构参数的二阶响应面预测模型，分析了刃口结构参数对于切削过程的影响规律，指出经过刃口优化设计可以有效延长刀具的耐用度，从提高耐用度角度提出了优化刃口结构并进行切削试验验证，取得了良好的效果。