现代制造业正向柔性制造系统、集成制造系统、敏捷制造、虚拟制造和并行工程方向上发展,要实现理想的先进制造过程,使数控加工设备能够正常运行,刀具质量的好坏是决定性因素之一。传统的平前刀面铣刀片已越来越不能满足生产的需要,设计、开发一种铣削力最小,铣削温度最低的新型铣刀片势在必行。本论文以铣削试验为基础,运用元胞自动机自组织理论,对自主研发的三维槽型铣刀-波形刃铣刀片的应力场、温度场以及热-力耦合物理场进行了较为系统的理论分析,模拟了切削过程中刀片各点的应力、温度及热力耦合后应力分布,并进行可视化显示,为后续刀片自组织动态设计奠定了基础。论文研究的内容如下:1.对铣刀片进行了铣削力和铣削温度试验,利用动态数据采集系统同时测得铣削过程中的铣削力和铣削温度,并对实验数据进行分析,为元胞自动机模型的建立提供试验数据。2.结合铣削力数学模型,基于局部作用原理,借用有限元离散和插值技术,引入元胞自动机的演化思路,建立了铣刀片应力场CA模型。3.利用传热学理论、切削理论建立了铣刀片温度传递模型;依据傅立叶导热定律、差分原理,推导了基于元胞自动机理论的铣刀片温度场计算模型。4.结合温度场的分析结果,对铣削过程中交变温度引起的热应力进行了数值模拟,并把热应力与机械应力耦合,得到了铣刀片的热-力耦合物理场模型。5.用Matlab进行编程,完成了基于元胞自动机理论的铣刀片应力场、温度场及综合物理场模型的程序实现及可视化图形显示,并把CA法得到的应力场与有限元法计算结果进行比较,把CA法得到的温度场结果对照试验采集到的温度值,结果能够达到期望的精度;运用元胞自动机理论对铣刀片应力场、温度场及热-力耦合物理场进行了分析研究。