高速金属切削时,微型车刀的前、后刀面要与切屑及材料表面之间产生强烈的摩擦,引起车刀磨损,降低工件加工质量。大量研究表明,微结构具有改善摩擦副之间的摩擦性能、减小表面粘结磨损、增强表面润滑及提升承载力等作用。这为在微型车刀前刀面置入微结构提供了新的研究方向。本文基于仿生学原理,通过建立了蜣螂、鲨鱼体表微结构仿生数学模型,分析了微孔、微沟槽的减摩抗磨机理。运用三维设计软件在微型车刀前刀面上设计出五种微孔结构、三种微沟槽结构。运用有限元仿真分析软件,进行了上述微结构的静力学及金属车削动态仿真分析。对比刀尖Mises应力分布、主切削力、刀具最高温度和刀具磨损量四个参数仿真结果,确定最终的微型车刀表面的微孔、微沟槽设计。此外,通过改变微孔直径大小,用Deform-3D分析出刀具表面的最优孔径参数。最后,通过高速纵切微车削试验,对比仿真结果,验证了刀具表面微结构设计的真实性、可靠性。研究结果表明:刀具表面微孔设计中,直径为0.11mm的4个微孔为最优解,主切削力与无织构刀具相比降低28.5%。微沟槽结构中,平行于切削刃的微沟槽较佳,主切削力降低26%。两种微结构都对提高刀具的抗磨性及使用寿命的作用。仿真与切削实验结构表明,微孔比微沟槽结构抗磨效果更好。