大型滚珠丝杠是超大型制造装备以及大型重载机床的关键功能部件,制备高品质大型滚珠丝杠是关系高端装备自主研发的关键问题之一。但大型滚珠丝杠加工精度要求高、切削工时多、加工难度大,发展高效精密的大型滚珠丝杆制造方法显得尤为迫切。硬旋铣作为一种高速硬态干式切削技术,具有切屑轻薄,切削力小,材料去除率高以及切削热量散失快等优点,已成为大型滚珠丝杠主要加工方法。但硬旋铣具有时变断续切削特性,刃口易产生局部早期破损,刀具寿命短,成为制约大型滚珠丝杠质量和效率提升的瓶颈问题之一。本文从刀具刃口统一评价标准入手,研究了硬旋铣加工刀具刃口精密测量和双尺度表征方法,建立了硬旋铣加工过程模型,分析了刃口参数对加工质量和刀具磨损的影响,探讨了刀具失效机理和延寿方法。主要开展了以下几方面的工作:1刀具刃口精密测量方法分析了激光扫描共焦显微技术的测量特点,提出了基于激光扫描共焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscope,LSCM)的刀具刃口精密测量方法,分析了基于LSCM方法的测量精度和不确定度。研究表明激光扫描共焦显微技术,能够高效获取刀具刃口的丰富信息,测量精度较好,测量结果标准不确定度为0.08μm,可作为刀具刃口非破坏式高效、精密测量的有效手段。2硬旋铣刀具刃口曲面重构技术根据滚珠丝杠硬旋铣加工刀具的廓形特点,建立了刀具刃口稀疏采样及处理方法。研究了基于曲率差分刀具刃口截面线分界点识别和数据展平处理方法,为刀具刃口圆弧拟合以及刃口曲面高精度重构提供了基础。研究了刀具刃口曲面的分形插值重构方法,为刀具刃口精确建模以及表征提供了便利。在保证精度的前提下,基于LSCM线扫描和分形插值的刃口重构方法所需时间约为面扫描方法的3%左右,效率提升明显。3刀具刃口表征方法在刃口曲面分形插值的基础上,研究了包含刃口圆弧半径、刃口曲面分形维数和形状系数的双尺度多指标表征方法,为硬旋铣加工刀具刃口对其切削性能的影响评价提供了统一标准。4硬旋铣加工过程建模分析了硬旋铣加工的基本原理和运动特点,基于瞬时切削体积等效的原则建立了硬旋铣加工的简化模型,从切屑形态和切削力两方面验证了模型的有效性。利用等效模型,研究了刃口参数对切削温度和切削力的影响规律。结果表明,在设定加工参数的前提下,存在一个优化的刀具刃口圆弧半径,考虑微观特征的刃口切削力模拟结果更准确,与实验值的误差为3.95%。5硬旋铣加工试验研究利用实验方法研究了切削用量和刀具刃口参数对切削力和切削温度的影响规律。结果表明,采用小进给和高切速的组合有利于减小切削力,降低切削温度。在保证刃口强度、避免刃口破损的前提下,选择较小的刃口圆弧半径和大的倒棱参数组合也会减小切削力和切削温度。硬旋铣加工丝杠滚道表面均呈残余压应力状态,应综合考虑加工表面质量和加工效率,尽量选择中、低范围的的进给量和较高的切削速度。当采用小刃口半径时,增加倒棱尺寸,有利于降低滚道表面粗糙度;在大刃口半径情况下,增加倒棱尺寸时加工表面粗糙度呈增加趋势。6大型滚珠丝杠硬旋铣加工刀具的磨损机理采用实验方法研究了大型滚珠丝杠硬旋铣加工刀具的磨损形式、磨损机理及刀具寿命,分析了刀具刃口参数对刀具寿命的影响规律。结果表明,一定范围内增加刃口钝化半径可提高刃口强度,刀具早期破损的发生概率降低约60%左右。优先条件下,应该采用相对较大的刃口钝化半径并通过及时刃磨来延长刀具寿命,保证丝杠滚道加工质量。利用仿真方法研究了刃口圆弧半径、形状系数以及刃口曲面分形维数对后刀面磨损量的影响规律,并得到了经验模型。7硬旋铣刀具刃口优化技术研究了硬旋铣加工刀具刃口受载及破损特点,提出了一种刃口非均匀钝化方法。通过失效形式对比,表明非均匀钝化刀具的整体抗破损性能突出,为大型滚珠丝杠硬旋铣加工刀具刃口的延寿设计提供了思路。