随着社会需求和现代科学技术的不断发展,产品的小型化已经发展成为一种全球化趋势,在诸多领域有着广阔的应用前景。微细加工技术是微小型化技术的基础,以微机电系统为应用对象的硅基材料微细加工技术由于其可加工材料单一,可加工零件形状简单已显示出不足。利用微细切削技术特别是微铣削加工微小零件是一个有潜力的发展方向。同时,振动切削技术以其优异的切削性能被广泛地应用在微小零件的加工中。本文结合微细铣削与振动切削技术的优势,将振动切削技术应用在微细铣削中形成二维振动辅助微细铣削这一加工方法,用来提高微小零件的加工质量,延长刀具寿命,满足不同材料微小零件的加工需求。本文针对振动辅助微铣削技术的优势与特点,对其运动学、切削力、切削表面质量、毛刺和刀具磨损等切削机理和关键基础问题进行了深入研究。振动辅助微铣削由于在工件上施加了两个方向的振动,使刀尖相对于工件的运动关系变的很复杂,致使切削厚度的形成机理发生了根本性的改变。本文首先建立了刀具切削轨迹和切削厚度仿真模型,仿真研究了刀具切削轨迹和切削厚度的特点。刀具切削轨迹随着振动信号、切削参数的变化而呈现出不同的特点。切削厚度不仅仅只由前一刀齿切削轨迹决定,同时还被前几条甚至前十几条切削轨迹影响。同时,切削刃在切削宽度范围内会出现空切现象。鉴于此,采用占空比和幅值冲击比两个参数定量分析了切削厚度的特点与规律。切削力对于研究切削机理,选用合理的切削用量,监控切削过程等具有重要的意义。本文基于剪切-滑移线场理论建立了二维振动辅助微铣削的三维切削力模型,模型中考虑了切削刃钝圆半径及耕犁和弹性恢复对微细切削力的影响。模型采用振动辅助微铣削切削厚度算法,并与切削过程动态响应模型集成,其仿真结果可以很好地吻合切削力测量曲线。此外,通过仿真研究了切削参数和振动参数对切削力的影响规律。表面粗糙度是衡量已加工表面质量的主要指标之一。文中基于刀具轮廓复映原理,考虑刀具干涉和切削过程动态性能对表面成型的影响,建立振动辅助微铣削切削表面形貌集成仿真模型,并进行了实验验证。在实验基础上,利用响应曲面法进行了多元非线性回归,建立了表面粗糙度与工艺参数之间的回归模型。基于该模型,分析了工艺参数和振动参数对表面粗糙度的影响规律。结果表明:每齿进给量、振幅、频率和主轴转速对表面粗糙度都有显著的影响,振动辅助微铣削可以降低表面粗糙度,提高表面质量。毛刺是影响微铣削加工质量的一个重要因素。本文通过振动辅助微铣削加工微槽实验,对在微槽棱边产生的顶端毛刺进行观察与分析,研究工艺参数对毛刺尺寸的影响,并从尺寸效应的角度分析振动辅助微铣削对毛刺的作用机理。分析表明:振动可以改善切削过程中尺寸效应的影响,减小刀具与工件之间的挤压与摩擦,从而抑制毛刺的产生,减小毛刺的尺寸。对刀具磨损机理的研究是分析微刀具磨损原因,改善切削性能,延长刀具使用寿命进而降低加工成本的前提。文中通过一系列振动辅助微铣削加工铝合金和两种不同硬度(HRC55和HRC58)工具钢实验,观察微铣刀后刀面的磨损,分析刀具磨损机理,研究工艺参数对刀具磨损的影响规律。实验发现:振动辅助微铣削可以有效地减缓刀具磨损,较小的振幅和较低的频率可以在一定程度上减小刀具磨损,而大振幅和高频率则不利于减缓刀具磨损。