陶瓷刀具材料由于具有优异的耐热性、耐磨性和高温强度等综合力学性能而成为高速切削加工领域制造切削刀具的理想材料之一,目前很多学者研究刀片形式的陶瓷刀具,关于整体陶瓷立铣刀的设计制造及其切削性能的研究相对较少;同时,硬质合金铣刀高速切削难加工材料时仍存在寿命短、加工效率低等突出问题,陶瓷刀具（刀片形式）已在某些难加工材料的高效加工中表现出较好的性能;由此,选取典型难加工材料中的高温合金作为本研究的切削对象,针对其强韧性高、导热系数低和粘性大等难加工特点,基于陶瓷在刀具材料性能方面的优势,从切削力学的角度开展高性能氮化硅系陶瓷整体立铣刀的结构设计与制造及其切削性能的研究。本文的总体研究思路:首先,从刀具设计和制造角度,设计、建模和磨制氮化硅系陶瓷整体立铣刀的空间几何结构;其次,从铣削振动角度,对研制的陶瓷整体立铣刀开展颤振稳定性评估,并基于颤振抑制机理对铣刀结构进行优化。最后,从切削性能角度,对比分析和评价了氮化硅系陶瓷整体立铣刀的铣削性能。本研究研发了新型高温合金切削用陶瓷铣刀,提高了其切削加工效率,改善了已加工表面质量,丰富了现有陶瓷刀具种类,有利于我国难加工材料高速切削加工技术的发展,因而具有广阔的应用前景和实际意义。开展高性能氮化硅系陶瓷整体立铣刀结构设计及其制造工艺的研究。提出高性能氮化硅系陶瓷整体立铣刀的结构设计准则,并自主设计多段圆弧刃形以及波状槽形的空间几何结构,优选齿数、刀体长度、螺旋角、前角、后角的结构参数,并利用Advantage软件进行高速切削仿真试验和多段圆弧半径的优选;通过Helitronic Tool Studio系统刃磨软件建立高性能氮化硅系陶瓷整体铣刀的空间几何结构模型,探究其精密制造的工艺路线,拟定对应的磨削工艺规划和磨削参数并进行校核,成功制造出四种不同的氮化硅系陶瓷整体立铣刀。所制造的氮化硅系陶瓷铣刀是指以氮化硅为基体的复合陶瓷材料铣刀,四种刀具统一命名为:S1,S2,S3和S4。开展高性能氮化硅系陶瓷整体立铣刀的铣削颤振稳定性的研究。通过锤击法模态实验分析氮化硅系陶瓷整体立铣刀系统的模态特性,利用获得的模态参数进行铣削颤振稳定性分析,绘制颤振稳定性叶瓣图,进而进行铣削颤振稳定性分析和预测,依据振动加速度信号变化和工件表面振纹形貌验证陶瓷整体立铣刀的铣削稳定性。结果表明,S4牌号陶瓷铣刀的铣削过程更加平稳,相比其他四种铣刀具有更加优良的抗振性能,且S4牌号陶瓷铣刀的工件表面振纹的平均间距相比S1～S3牌号陶瓷铣刀和硬质合金铣刀分别降低了 20%、12%、21%和23%,验证了四种陶瓷立铣刀的铣削过程具有更好的稳定性。进一步地,基于颤振抑制机理提出高性能氮化硅系陶瓷整体立铣刀的结构优化方案,并优化出了氮化硅系陶瓷整体立铣刀的几何结构。开展高性能氮化硅系陶瓷整体立铣刀铣削镍基高温合金切削性能的研究。与商用硬质合金铣刀的铣削性能进行对比,从切削力、刀具寿命、切削效率和已加工表面粗糙度等方面进行深入分析和评价,探索氮化硅系陶瓷刀具的磨损规律,揭示其失效形式和磨损行为。结果表明,S4牌号陶瓷铣刀的耐磨性最好,且其铣削时长超出硬质合金铣刀 14倍,材料金属去除率达到8.15 cm3/min,切削效率高出商用硬质合金铣刀1.5倍;四种陶瓷铣刀的切削力大多小于硬质合金铣刀;具有锋利切削刃的全新陶瓷铣刀的切削温度相比磨损后的铣刀降低约96℃;四种陶瓷铣刀相较硬质合金铣刀可获得更好的加工表面质量;四种陶瓷立铣刀的后刀面和前刀面的主要磨损机制是粘结磨损和扩散磨损。在纯MQL和油水混合的切削环境下研究了氮化硅系陶瓷铣刀的切削性能,发现油水比为1:1的MQL与水混合的工艺条件相比干切和纯MQL条件能够有效减少刀具磨损,降低切削合力,并且大幅度提高工件的表面质量。对结构优化后的氮化硅系陶瓷铣刀进行铣削性能分析,结果发现陶瓷铣刀的寿命进一步延长,后刀面磨损值相比未优化的陶瓷铣刀平均降低57.3%;优化后的陶瓷铣刀可以获得更小的切削力和更低的切削温度,且测得的工件表面粗糙度值更小,已加工表面的缺陷也更少;优化后的陶瓷铣刀的磨损机理变化不大,但是磨损和失效程度远远低于未优化的陶瓷铣刀,这验证了氮化硅系陶瓷铣刀结构优化方案的有效性。