随着科学技术的不断发展,国防军事、航空航天、医疗器械等制造领域对于具有微细特征零件的需求显著增加,由于微细铣削技术具有高效率、高柔性、高纵横比结构等特点,微细铣削的刀具技术成为微细加工领域的研究热点。钛合金TC4作为一种典型的难加工材料,因其具有耐高温、耐腐蚀等优越的综合性能而在工业领域得到广泛的应用。相比传统铣削刀具,微细铣刀整体尺寸与刀头直径很小,其刚度及整体强度不高,易出现折断等情况,加工机理也有着很大的特点。本文以加工钛合金TC4的微细铣刀为研究对象,基于有限元方法探讨微切削加工机理与传统切削机理的区别,并对直径为0.1mm的微细铣刀开展结构优化设计及铣削性能研究。首先,基于Deform仿真实验平台建立二维正交切削模型对微切削钛合金TC4过程进行有限元仿真模拟,获取应力云图,提取切削力数据,分析不同切削深度对应的切屑形貌,探讨了切削深度对最小切削厚度、尺寸效应现象的影响规律。通过提取稳定切削时工件材料的节点位移矢量分布,利用节点位移法,得出不同刃口圆弧半径下微切削钛合金TC4的切削深度与刃口圆弧半径之间的关系,并通过设置对照实验的仿真数据,根据小切深条件下的等效应力、切削分力及切削比能的变化趋势,验证了微切削过程中的尺寸效应现象。利用Solidworks造型平台建立相同直径,不同刃型结构的微细铣刀三维模型,导入Deform-3D仿真模块,研究刃型结构对切削力、切削温度的影响规律。并以直径为0.1mm的微细立铣刀为研究对象,通过建立单因素实验方案,得出微细铣刀几何参数及加工工艺参数对铣削力的影响规律,并以降低铣削力为目标求得三种刀具几何因素的最优组合,同时基于响应曲面法求得微细铣刀几何参数交互影响规律。验证了微铣削加工中同样有受最小每齿进给量影响的尺寸效应现象。利用有限元ANSYS Workbench对微细铣刀模型进行静动态力学分析,研究刃口形状、刀具悬伸量及刃口长径比等参数对刀具模态的影响规律,研究表明本结构的微细铣刀在实际加工过程中,应控制刀具悬伸量在15mm-20mm区间内,刃口长径比小于4;针对刀颈与刀头根部的连接处进行优化,以最大等效应力为评价指标,得到优化后的结构能明显降低应力集中现象,并由此提出新型锥颈结构微细铣刀,能够有效提高刀具模态频率,具有更优的动态性能。