飞刀切削加工是目前金属切削加工研究的一种重要方法,它制造简单、生产周期短、成本低,常用来模拟滚齿加工和蜗杆加工。滚齿加工具有生产效率高、通用性好的技术特点,是我国普遍使用的齿轮加工技术,因此对其研究有着十分重要的意义,本文针对目前滚齿切削力物理仿真模型研究领域关于通用性差、高成本、精确性不高等问题,建立了类似滚齿加工的线性飞刀切削模型,以飞刀切削过程中的切削力为主要研究对象,从解析建模、有限元仿真和实验三个方面分析了飞刀切削过程的切削力,对研究滚齿切削机理具有重要的理论价值和实际意义。本文充分考虑到滚齿切削过程中,刀具切削刃参与切削情况,选取最具代表性的三个切削刃即顶刃、侧刃以及两者之间的过渡圆弧刃同时参与切削情况进行研究,主要研究内容如下:首先,对飞刀切削加工过程进行描述,分析了转角φ时飞刀瞬时切削层特性,并将切削层沿轴线方向离散化,以机械力学模型为基础,推导出每个切削微元上的瞬时切削力计算公式,将各个切削微元上的切削力在刀具前刀面坐标系下求和,再通过坐标转换,求得工件固定坐标系下的瞬时切削力学模型;其次,根据飞刀切削加工参数建立直角切削实验,利用MATLAB对实验数据进行回归分析,求出切削过程的切削力系数,将切削力系数带入建立的切削力模型中,求出切削过程的瞬时切削力。然后,基于UG二次开发平台,对飞刀前刀面数学模型和飞刀加工运动矢量进行建模,计算出飞刀刀齿运动轨迹插值曲线,刀齿前刀面几何模型与刀齿运动轨迹曲线联合生成飞刀刀齿扫掠体,通过布尔运算形成未变形切屑以及瞬时齿槽,在此基础上运用Deform-3D有限元仿真软件对切削过程参数进行定义、求解,获得飞刀切削过程的切削力。最后,建立全因子飞刀切削实验,采集切削力数据,将实验结果与力学模型预测结果以及仿真预测结果进行比较,验证了力学模型和有限元仿真模型的可行性和有效性。