难加工材料得到了越来越广泛的应用,这些材料所具有良好的性能特征使其能很好地满足使用要求。通过新的高效切削方法和对应的新刀具结构来降低难加工材料切削加工过程的切削力、提高刀具寿命、提高加工效率是切削加工领域的一个研究的课题。本文针对难加工材料高效切削新方法及刀具结构进行了研究,主要包括以下几个方面:1、基于复合加工的思想、磨损均化的思想、有序多刃加工的思想和多自由度切削加工方法概念,提出了一种全新的加工方法铣-铣复合加工方法。铣-铣复合加工方法综合了端面铣刀和螺旋刃立铣刀的优点,利用端面铣刀和螺旋刃立铣刀合成运动来完成表面加工。对铣-铣复合加工方法的原理进行了分析,并对其进行了分类。根据铣-铣复合加工方法具有的组合优势,提出了顺逆混合铣-铣复合加工方法的概念。2、通过理论和实验的方法得出了铣-铣复合加工方法的优势:铣-铣复合加工方法的切削力较传统的端面铣削切削力小;铣-铣复合加工方法成功的解决了断屑问题。铣-铣复合加工方法的实际切削速度是立铣刀的速度与刀盘的速度的合成,因此当立铣刀的速度取一较大值时,刀盘的速度取一较小值就能实现高速切削;铣-铣复合加工方法提高了整个刀具的寿命;铣-铣复合加工方法具有高的效率和高的材料的去除率;铣-铣复合加工方法既可以发挥端面铣刀的直径较大、一次铣削平面的面积较大的优势也可以发挥螺旋刃立铣刀切削轻快、平稳、效率高等优点,同时端面铣刀、螺旋刃立铣刀的好的优秀的成果也可直接应用于铣-铣复合加工方法中;另一方面铣-铣复合加工方法也有自身的特色,如顺逆混合铣-铣复合加工方法可抵消部分切削力。3、通过理论和实验的方法得出了在铣-铣复合加工方法中,随切削速率比的增大铣削力减小。随着切削速率比的增大切屑对应部分的厚度将不断的减小以及相应的等效厚度也将不断的减小。随着铣-铣切削速率比的增加表面粗糙度减小表面形貌越来越好。从理论和实践的角度深层次地分析研究了多自由度切削加工方法中重要参数“切削速率比”。4、根据铣-铣复合加工方法的原理和切削机理,提出了铣-铣复合加工方法的多种硬件实现形式,从结构上进行了创新。包括提出了铣-铣复合加工方法基于机电一体化思想的硬件实现形式、采用周转轮系的硬件实现形式。设计了行星铣刀、机电式铣-铣动力头和机械式铣-铣动力头。根据铣-铣复合加工方法自身的特点,设计了非线性螺旋刃圆柱立铣刀。5、采用与铣-铣复合加工方法相同的思路对多自由度铣削加工方法的另一种实现形式驱动式滚切铣削进行了归纳分析,包括“切削速率比”与表面形貌、刀具后刀面磨损速率、切削力大小之间的关系以及硬件实现等。