在航空航天领域,钛合金材料由于其优异的物理力学性能从而得到了广泛的应用。但是,钛合金由于材料本身导热率低、化学活性高、弹性模量低等原因使得其机械加工技术一直以来都是一个难点,特别对于钛合金材料制孔效率和制孔质量等方面很难得到保证。螺旋铣孔加工工艺作为一种新型的制孔工艺正在成为钛合金、复合材料等难加工材料较为理想的制孔技术。目前,关于螺旋铣孔过程三维仿真的研究较少,因此有必要对该工艺进行切削仿真研究,为进一步优化螺旋铣孔切削工艺提供参考。本文主要研究内容包括以下几个方面:首先,在分析螺旋铣孔工艺运动学的基础上,结合铣刀设计基本原理,采用人工神经网络,完成了螺旋铣孔专用刀具设计及优化。分析刀具各个几何参数对切削性能的影响规律,针对钛合金材料确立刀具前角、螺旋角和后角为影响切削性能的主要参数并理确定其初选范围;设计不同几何参数刀具螺旋铣孔全因素试验,以切削力为优化目标,利用人工神经网络模型对刀具几何参数进行优化并确定优化刀具几何参数。其次,利用Abaqus仿真软件以及有限元切削模型有关理论,建立了钛合金螺旋铣孔三维切削模型。在该模型中,采用Johnson-Cook材料本构模型以及相应的失效准则;在摩擦模型建立过程中,为了提高仿真精度,将切屑-刀具界面摩擦分为粘结区和滑移区两部分考虑;切屑分离准则采用几何-应力分离准则。通过以上分析,成功对螺旋铣孔过程进行了仿真,实现了对螺旋铣孔过程切削力的预测。最后,为了验证该仿真模型的有效性,对制孔过程切削力、表面应力实验值和预测值进行了对比分析。采用单因素试验方法,进行不同切削参数的螺旋铣孔试验,并利用X射线应力测试技术进行了残余应力测试;由试验结果可知,切削力仿真结果与试验结果一致性较好,仿真过程中得到的孔壁表面应力也在合理的范围内。本文研究的钛合金螺旋铣孔过程三维有限元模型,对于优化螺旋铣孔加工工艺,完善螺旋铣孔技术仿真研究有一定的参考价值。