随着机械制造领域科学技术的高速发展,机械零件越来越多地出现微型化、精确化、轻量化,对其加工质量的要求也越来越高。微细切削技术具有加工材料范围广、加工质量稳定、生产效率高和相对加工成本低的综合优势,已经成为先进加工制造技术的主要研究内容之一,备受国内外机械工程专家和学者们的高度关注。由于微细切削毛刺主要形成于加工过程,其尺寸及形态直接影响到加工质量,因此,对微细切削毛刺形成机理的研究和毛刺控制与去除技术的研究,具有极高的理论研究价值和广宽的工程应用前景。本论文面向微细加工,以金属切削实验数据为基础,系统研究了微细车削、钻削和铣削加工中毛刺的形成机理、预测预报及其表征方法,并构建了毛刺形成的切削理论模型,从本质上揭示了毛刺形成及其变化的基本规律,初步实现了对毛刺形成及变化规律的预测预报;提出了基于表面质量的棱边(毛刺)质量的表征方法,结合具体加工实验,提出了可主动控制金属切削毛刺的技术、工艺和方法。本论文主要的研究工作及创新成果有:首先,论文基于系统工程理论,给出了影响和制约毛刺形成的主要因素,系统地开展了针对微细车削、铣削和钻削毛刺形成的相关实验,观测并研究了毛刺形成的变化过程,揭示了切削毛刺的形成及其变化的基本规律。其次,利用Johnson-Cook(J-C)的强度理论建立出微细切削毛刺形成模型,描述了Al2024-T6从低应变率到高应变率下的动态行为,给出了在高应力、大应变及高温度场条件下的本构关系,采用网格自适应(Arbitrary Lagrangian Eulerian,ALE)技术对毛刺的形成进行了模拟,初步实现了微细切削毛刺形成的预测预报。第三,通过对微细金属切削试验结果的数据分析,深入揭示了毛刺形成过程及其变化的规律。选用硬质合金微细立铣刀切削6061锻铝和铝合金AlSi9Cu3等,研究切削用量、刀具几何参数、刀面形态等对毛刺形成与变化的影响,发现了毛刺与亏缺形成经历的5个阶段及其转化条件,进一步充实和完善了金属切削毛刺形成理论。第四,构建出基于计量学与模拟实验学的机械加工表面综合评价体系,根据现代切削加工表面质量理论——表面完整性(Surface Integrity),把加工表面(含棱边)的质量分为表面的质量、棱边(毛刺)的质量及表层的质量,提出了“切削加工质量评价方法(国家标准草案)”及“切削加工毛刺检测方法(国家标准草案)”,为毛刺研究的规范化、标准化和科学化建设奠定了基础。第五,基于ASP.NET平台,建立基于网络的毛刺形成与控制专家知识系统,开发由微细毛刺质量知识库、数据库和规则库组成的毛刺知识专家系统,搭建毛刺理论研究与工程应用的对接平台。第六,基于刀具参数和切削路径优化,开发主动控制毛刺技术,为实现少无毛刺加工奠定了基础。根据微细切削实验与分析,阐述了主动控制微细切削毛刺的精度原则、效率原则和位置原则,结合具体加工实验提出改进零件结构设计、调整刀具参数、优化加工工艺和切削路径等主动控制毛刺的技术、工艺和方法。本研究作为国家自然科学基金项目(№51075192)和国家重大科技专项“数控刀具切削加工表面完整性检测技术及评价方法”(№2013ZX04009031-5)的组成部分,相关的研究工作及成果可进一步丰富和完善金属切削理论,促进我国超精密切削加工和微细切削加工技术发展,其应用将带来良好的经济效益和显著的社会效益。