提高生产效率、改善加工质量、降低生产成本已成为制造业者追求的首要目标。随着现代制造技术以及新材料、新刀具、新工艺和新设备的不断发展,对进行机械加工中应用最为广泛的铣削加工过程进行计算机仿真分析研究,对于提高铣削加工效率和质量及优化铣削用量参数是非常必要的。由于铣削加工具有多刃断续切削和变厚度加工等特点,因此,其切削加工机理较为复杂。本文通过金属加工、剪切理论和有限元法等多学科的交叉,采用理论建模、软件分析和实验研究相结合的方法,从金属切削原理入手,分别建立了二维铣削加工的热力耦合有限元模型和三维铣削加工的有限元模型;通过模拟仿真、实验验证和主铣削力优化模型的建立求解,对影响铣削力的因素进行了详细的研究。本文在对铣削加工过程计算机仿真分析的研究现状及趋势进行综述的基础上,以及在基于金属切削加工理论对铣削力模型的建立与分析、铣削加工过程中有限元模拟实现的理论基础和几种典型的剪切平面模型进行概括的基础上,主要研究内容和创新点有以下三个方面:(1)基于ABAQUS有限元分析软件的特点,研究了切削加工过程中的弹、塑性变形行为以及如何实现切屑的分离技术;基于正交切削理论和二维铣削模拟假设条件,建立了ABAQUS环境下的刀具、工件几何模型;研究了实现二维铣削仿真的关键技术;仿真模拟了二维正交切削和二维铣削加工,得出了工件和刀具的应力、应变、切削力和温度的变化趋势,其模拟结果与现有相关理论具有一致性;(2)以二维铣削加工模拟仿真的研究分析为基础,研究了实现三维仿真的关键技术、铣削过程建模的假设条件、工件材料特性及有限元模拟的前处理和简化模型的建立。运用DEFORM-3D软件,模拟仿真了工件和刀具在4种低速和7种中高速铣削状态下的应力、应变、铣削力和温度的大小;分析了影响应力、应变、铣削力和温度的因素;结合实际条件,以状态1为代表进行了实验验证,验证了模拟结果的真实性和可靠性;同时还分析了存在误差的原因。(3)以仿真条件为基础,建立了主铣削力的优化模型和约束条件,运用线性规划中的单纯行法,对优化模型进行了求解,为以后开展铣削用量的优化工作提供了一种新的方法。