伴随着航空航天、新能源汽车以及国防等领域的不断拓展,制造业对部分关键零部件的加工效率和表面质量提出了更高标准。这些高标准的零部件多需要通过侧铣加工来完成。因此,侧铣加工作为一种有效去除材料的途径,成为当今制造业应用最广泛的生产加工方式之一。在保证加工稳定的基础上,通过设计高性能的刀具,可以更快、更高效的完成高质量产品。为此,本文通过分析铣刀侧刃空间结构,建立铣削动力学模型并提出了更快稳定性预测的方法,同时对铣刀的侧刃空间分布进行研究和优化,以提高铣削加工效率,具体内容如下:1、探究铣刀侧刃空间结构与切削工件的位置关系,通过刀刃圆周加工展开示意图,建立铣刀每条侧刃上容屑角与螺旋角的关系方程;结合再生因子,对比分析传统立铣刀和非均匀螺旋角铣刀对再生颤振的影响,为实现铣刀侧刃空间结构分布优化奠定了基础。2、建立传统立铣刀含螺旋角效应的铣削动力学模型,并通过对非均匀螺旋角铣刀的轴向微元划分,建立非均匀螺旋角铣刀动力学模型;以增强摄动同伦法(EMHPM)求解非线性微分方程的可行性为基础,提出了快速预测铣削动态系统稳定性的同伦转换法(HTM),包括一阶HTM和二阶HTM,理论对比结果表明:相比于传统预测稳定性的方法来说,两种HTM在计算效率上均可以提高90%左右;通过稳定性实验,验证二阶HTM预测非均匀螺旋角铣刀模型的准确性。3、利用二阶HTM分别构建传统立铣刀稳定性域和非均匀螺旋角铣刀稳定性域,根据构建的不同铣刀的稳定性域图像表明:空间螺旋角大小的改变对传统立铣刀影响较小,但对非均匀螺旋角铣刀影响较大;以改变螺旋角组合为优化途径,并整合两种铣刀的稳定性域,对比结果表明:空间螺旋角组合优化后的非均匀螺旋角铣刀在给定转速范围内对铣削效率有大幅度的提高。4、建立框类薄壁件试验模型,以铣刀侧刃空间分布优化的结果为基础,结合稳定性实验得到的参数,构建传统立铣刀和非均匀螺旋角铣刀的稳定性域,确定传统铣刀和非均匀螺旋角铣刀的最大切削深度和主轴转速;分别加工尺寸相同的框类薄壁件,并计算两种铣刀加工的时间,计算结果表明:侧刃空间分布优化后的非均匀螺旋角铣刀在加工效率上提高了53%左右。