在高速铣削过程中,刀具会受到较高的机械应力、热应力和热冲击等的影响,在高度非线性的不均匀动态力热耦合作用下,极易发生破损,导致刀具彻底丧失切削能力,从而严重影响工件的加工质量及加工效率等。目前针对刀具破损问题的研究主要存在以下问题:大部分的研究只仅限于单一的物理场(应力场、温度场);建立的模型一般也只是切削力、切削温度的单一建模;建立的几何模型往往是简化的二维或者斜角模型,对于立铣刀的实体建模不精确,其受力或受热的加载多为固定值或线性加载,且其加载位置离实际加工情况有很大差距;研究对象多为车刀、铣刀片等形状较规则刀具。本文以高速铣削整体硬质合金涂层立铣刀为研究对象,以动力学、刀屑摩擦和有限元理论为基础,结合实验,创建高速铣削立铣刀力热耦合作用下的动态铣削数值模型,通过对实验和仿真结果的分析探讨其力热耦合作用下的破损机理。首先,分析了高速铣削过程中的摩擦学行为,重点分析了刀屑间的摩擦理论,并提出了将高速铣削中刀屑接触面间的摩擦系统物理方程。基于有限元仿真方法,建立了高速铣削二维不等切削厚度的数学模型。从模拟结果,可以观测到弯曲度较小的切屑形态,验证了粘结-滑移模型的可行性;体现出切屑应力场分布的不均匀性以及刀具温度场分布变化的情况,其最大温度发生在刀尖或刀尖附近靠近主切削刃的地方。其次,建立了高速铣削立铣刀力热耦合动态物理模型。基于逆向工程建立了立铣刀和工件的几何模型,通过正交实验得出仿真过程中的平均摩擦系数,建立接近实际情况的动态仿真模型,分析了铣削过程铣削力、温度场变化规律及切屑产生过程,揭示出在高速铣削中大量切削热被切屑带走的事实。通过模拟与实验结果的对比分析证明了模型的正确性。接着,进行了高速铣削的单因素和正交实验。运用数理统计方法(方差和极差分析法)对铣削结果进行了分析,得出了各铣削参数对铣削力和铣削温度的影响规律以及力与温度之间的相互影响规律。发现影响铣削力和铣削温度的因素具有一致性,即铣削深度对两者的影响显著。最后,采用S-3400N-II扫描电子显微镜和S-4800高分辨扫描电镜对实验中的立铣刀进行了破损形貌的观测并分析了相关的破损机理。通过破损发生位置与铣削模拟过程中立铣刀温度值产生最大位置(切削刃前、后刀面和刀尖)的对比分析,验证了所建模型的可靠性。