在航空、汽车覆盖件等关键零部件的模具型腔铣削加工中,常会使用一种结构较为特殊的刀具,即球头铣刀。这种铣刀因其端刃为S形,具有切入切出工件过程平稳、切削力三分量较小、波动范围窄等特点,非常适用于各种复杂曲面及圆弧沟槽的精加工。然而,球头铣刀在铣削钛铝合金材料过程中,因受到剧烈的热力复合作用,端刃附近前后刀面的磨损问题异常严重,直接影响到球头铣刀的使用寿命和被加工件的表面质量,迫切需要加以解决。为解决这一问题,目前工程技术人员大都采用涂层技术来提升刀具表面材料性能。但是在实际使用中,会常常发生涂层脱落、开裂等问题缺陷。近年来,表面织构技术作为一种新兴表面工程加工处理技术进入人们的视野,受到科研工作者关注。有研究表明,通过在刀具工作面上布置织构,能够有效降低切削力、改善摩擦状况、减缓磨损程度,并且还可以增强涂/基结合强度、降低涂层内部残余应力等。因此,本文将围绕织构化球头涂层铣刀这一新型刀具的研制,探讨球头铣刀上布置织构的可行性,摸索激光加工参数对织构成形的影响规律,模拟球头铣刀铣削铝合金实际工况,开展高速铣削试验以验证织构化球头涂层铣刀的铣削性能。本文主要研究内容如下:首先,对金属切削相关的基础理论作了一次系统的梳理,为后续的研究工作提供理论的指导。分析了切屑成形机制及其影响因素,并结合刀-屑接触模型,划分刀/屑不同接触区域,根据各区工况特点,设计构想织构布置的部位、类型和面积占有率等参数。根据涂层形成与失效机制,预测了织构起到的机械锚固作用。另外,分析了刀具磨损机制,综合提出刀具表面织构的方案。其次,基于激光烧蚀与熔凝机理,制定了织构加工策略,研究了MGT型沟槽织构和VLT型火山口状毛化点织构的成形工艺法。以硬质合金为靶材,对于MGT型沟槽织构,研究了皮秒激光器泵浦电流和扫描速度对沟槽宽度和深度的影响;对于VLT型火山口状毛化点,研究了激光功率、脉冲宽度和扫描次数对它的直径、深度和凸起高度的影响规律,并阐述揭示了它们的成形原理。再次,通过筛选最优织构参数,使用NX UG建立具有织构类型和面积占有率各异的五把球头铣刀的三维模型,导入DEFORM专业切削软件中模拟其沿着圆弧轨迹铣削铝合金Al6061板料的过程,对比分析它们在铣削温度、铣削力与磨损量三个方面的差异。研究结果表明,在干切削工况下,相较于未织构涂层球刀NT,面积占有率为30%的MGT型球刀起到的降温效果最显著,达9.56%;面积占有率为30%的VLT型球刀在减低铣削力方面表现突出,对x和y方向铣削力降幅明显,分别为9.71%和9.6%;在过渡区内,磨损深度最小的是面积占有率为30%的MGT型球刀,为6.02μm,降幅为31.3%。最后,开展织构化球头涂层铣刀铣削铝合金Al6061的铣削试验。参照模拟中使用的铣削方案,制备了五把织构化球刀,并且利用PVD涂层技术,磁控溅射TiXCo3薄膜,检验合格后投入铣削。研究结果表明,织构的引入有效增强了涂层球刀的铣削性能,面积占有率为30%的VLT型球刀在降低铣削力和铣削温度方面更加优异。