随着航空航天和汽车模具等领域的快速发展,机械制造业对于加工表面的要求不再仅仅局限于高精度、高质量,功能性表面的制备逐渐成为需求的重点。自然界中很多生物的体表形貌具有良好的减阻的效果,为功能性表面的制备提供了很好的指导作用。如果通过高速铣削加工的方式,可以直接制备具有减阻效果的仿生非光滑表面,则其对延长零件的使用寿命、降低能源消耗、节约生产成本具有显著的作用和重要的实际意义。为此,本文在国家自然基金“高速铣削条件下耐磨功能表面的设计、表征与精确制造（项目代码:51775151）”项目的支持下,通过分析论证高速铣削加工实现典型生物体表形貌仿生的可行性,开发了适用于加工具有减阻特性表面的椭球头铣刀,提出了椭球头铣刀二次精铣加工方法,建立了铣削表面形貌模型,获得了二次铣削后表面形貌的减阻特性。主要研究内容如下:首先,针对多种具有良好减阻特性的生物体表进行分析,总结其体表形貌的结构特点,并以此探究不同生物体表形貌在润滑状态下的减阻机理。其次,为满足仿生非光滑表面形貌的制备,本文开发了利于小曲率曲面加工的椭球头整体铣刀,根据几何学以及椭球头铣刀的设计原理提出了三种切削刃模型,并与球头铣刀做对比,分析其在切削性能上的优势,同时结合高速铣削条件下已加工表面的形貌特征,提出了二次精铣加工的方法,论证了通过高速铣削加工实现形貌仿生的可行性。再次,采用理论分析的方法,分析椭球头铣刀高速铣削加工表面残留形貌的生成机理。建立了机床、工件、刀具坐标系,求出了静止状态下的椭球头铣刀切削刃上任意点的坐标,并依据运动学原理求解椭球头铣刀在二次铣削倾斜平面和改变切削参数时,切削刃上任意点的运动轨迹方程,并建立二次铣削下表面形貌的模型。同时,获取仿真的点云数据,采用曲面重构方法将点云数据拟合成相应的自由曲面,实现表面形貌的可视化表达。最后,通过设计不同参数下Cr12Mo V淬硬模具钢的高速二次铣削实验,验证表面形貌模型的准确性,并分析加工参数对表面形貌微凹坑单元形状和大小的影响规律。采用摩擦磨损试验机,测量和计算交变载荷条件下,仿生非光滑表面的摩擦力、摩擦因数等参数,分析其在面接触润滑条件下的减阻效果,获得高速二次铣削条件下不同仿生表面形貌的减阻特性。