高效、高质量、绿色加工已经成为当今制造业的发展趋势和要求。铁基高温合金是一种韧性大、塑性大、加工硬化严重的难加工材料。因此,为减少加工成本、推动绿色低碳生产、满足新旧动能转换需求,高效、高质量加工铁基高温合金已经成为现代制造业研究的热点,对未来制造业的发展有重要指导意义,同时对推进切削加工智能化有深远影响。本文基于分形理论,采用硬质合金涂层刀具高速车削铁基高温合金,研究了切屑形貌和切削力信号变化及其分形特征、加工表面形貌及其分形特征、刀具寿命及刀具磨损机理、刀具磨损形貌分形特征。建立了分形参数与切削参数、刀具磨损之间的关系,为切削加工中刀具磨损的预测提供了理论依据。首先,建立刀具—工件三维仿真模型,研究工件和刀具的应力场、温度场以及刀具磨损变化,优选涂层刀具。结果表明,随着切削速度增大,工件和刀尖的温度和等效应力不断增大,使得刀具磨损速率不断增大。切削力在切削过程中瞬时增大后保持平稳波动,但随切削速度的增加先增大后减小。刀具磨损主要集中在前刀面,磨损速率随切削过程先减小后增大,TiAlN/AlCrN涂层性能更加优异。其次,通过高速车削试验,研究了切屑形貌和切削力信号特征及其分形表征,建立了切屑形貌和切削力信号分形维数与切削参数、刀具磨损之间的关系。结果表明,切屑变形严重,呈锯齿状,随着切削速度提高,切屑的锯齿状程度越来越明显。切屑形貌具有分形特征,其分形维数随切削速度和刀具磨损的增大逐渐增大,可用于预测切屑形貌。切削力的变化趋势与刀具磨损变化趋势相似且具有分形特征,其分形维数随切削速度增大逐渐增大,随刀具磨损的增加先减小再增大,可预测刀具磨损变化。再次,探究了加工表面形貌特征及其分形维数变化,构建了其分形维数与切削速度、刀具磨损的关系。研究表明,加工表面形貌特征主要为侧流、次生粘结层和划痕等。加工表面轮廓曲线分形维数随切削速度的增大逐渐增大,随刀具磨损的增加先增大后减小;而加工表面二维形貌分形维数随切削速度增加逐渐降低,随刀具磨损先减小后增大,可用于刀具磨损和加工表面形貌预测。最后,分析了刀具寿命和刀具磨损形貌特征,揭示了刀具磨损机理,构建了刀具磨损形貌分形维数与刀具磨损之间的关系。研究表明,涂层硬质合金刀具寿命大于金属陶瓷刀具。刀具的主要磨损形式为前、后刀面磨损,主要磨损机理包括磨粒磨损、粘结磨损和氧化磨损。刀具磨损形貌具有分形特征,其分形维数随切削速度的增加先增大后减小,随刀具磨损的增加先减小后增大,可对刀具磨损进行预测。