钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀和耐高温等优点，被广泛用于航空、航天等重要领域，但它同时也是一种典型的难加工金属材料。铣削是钛合金机械加工最广泛使用的加工方法，高速铣削具有很高的加工效率，可获得较高的加工精度，也能降低切削热对加工表面的影响。目前基于有限元分析方法的钛合金切削研究多为理想状态的正交切削模型，而缺乏比较准确的铣削有限元模型。论文以自然科学基金“热-力-相变”耦合机理的精密切削表面残余应力建模（No.51175331）为依托，以探索钛合金Ti6Al4V高速铣削机理为研究目标，建立基于ABAQUS软件的更准确的钛合金高速铣削有限元模型，仿真预测铣削过程中铣削力、铣削温度、铣屑形态和铣削工件表面的残余应力分布。采用高速铣削钛合金实验，通过对比测铣削力、铣屑形态和残余应力三个方面的实验数据与模型预测结果，对钛合金铣削有限元模型进行验证。论文主要研究内容和结论如下：首先，基于ABAQUS有限元软件建立了钛合金Ti6Al4V高速铣削二维有限元模型，整个模型包含两个子模型：1）铣屑形成过程子模型，在ABAQUS/Explicit显式计算中模拟刀齿铣削工件的过程，计算铣削力，铣削温度，形成铣屑和已加工表面；2）铣削表面残余应力子模型，将铣削过程子模型模拟完成后得到的已加工工件，导入到ABAQUS/Standard隐式计算中冷却到室温25℃释放热应力，并通过后处理得到沿已加工工件表面的残余应力分布。整个模型模拟预测了未变形铣屑厚度对铣屑形态、铣削力和铣削表面残余应力的影响。随着未变形铣屑厚度由厚变薄，铣屑将会由剧烈的锯齿状转变为连续形，连续波动的铣削力也会逐渐从峰值降低至零，铣削表面残余应力的影响层深度不断减小。基于该模型系统地分析了铣削转速和进给量、刀具前角、刀尖圆角半径对铣削过程中铣屑形态和铣削力的影响。刀具转速与进给量在600rpm，10mm/s到2400rpm，40mm/s的范围内增大，将导致铣屑锯齿数目显著增多，最大切向力与最大切深抗力减小，工件和铣屑最高铣削温度增大；刀具前角在5°到15°的范围内增大将导致铣屑卷曲程度的增大，平均切深抗力与平均切向力减小，并且平均切深抗力的减小程度要大于平均切向力，工件和铣屑最高铣削温度减小；刀尖圆角半径在5μm到25μm的范围内的增大对铣屑形态的影响较小，但是最大切向力、平均切向力与平均切深抗力表现出比较明显的增大趋势，对工件和铣屑最高铣削温度影响不大。然后，在数控铣床进行了高速铣削钛合金的验证性试验，从铣削力、铣屑形态和工件表面残余应力三个方面对比分析了试验测得数据与有限元预测结果，验证了所建立的高速铣削有限元模型的准确性。对比结果表明：模型预测铣削力误差不超过17.0%；模型预测铣屑形态度量参数的误差不超过17.8%；模型预测表面残余应力的误差不超过21.4%。最后，在已验证模型的基础上建立顺次铣削有限元模型，模拟了两个刀齿顺次铣削过程对铣削表面残余应力的影响，更加准确地预测表面残余应力分布。同时基于Python语言编写ABAQUS脚本程序实现钛合金高速铣削有限元模型的快速建模与自动后处理，缩短模型建立时间，提高基于有限元模拟的研究效率。并且运用此快速建模与自动后处理技术快速分析刀尖圆角半径、刀具前角和工件预热温度对铣削表面残余应力的影响。分析结果表明，在一定的条件范围下，工件表面表层残余压应力绝对值随着刀尖圆角半径增大而减小，随着刀具前角增大而明显减小；工件次表面残余压应力的绝对值随着工件预热温度的增大而减小。