以高加工精度、高加工质量及高加工效率为特征的高速镗削技术,在机械加工领域正在得到越来越广泛的应用。但由于刀杆是细长悬臂结构,所以,在切削过程中容易诱发再生颤振现象。此外,切削过程中的刀杆结构本质上也具有几何非线性的特征。复合材料具有高静态刚度和高阻尼以及非常高的比刚度,采用复合材料设计而成的刀杆具有较高的静刚度和高阻尼以及高固有刚度,能有效的抑制颤振。因此,研究具有再生效应的切削力作用下的非线性复合材料刀杆切削系统动力学行为,具有重要的理论和实际意义。本文以复合材料刀杆为研究对象,主要研究复合材料刀杆切削系统的切削稳定性和非线性动力学建模理论与计算方法。采用理论研究和数值分析相结合的方法对于切削力作用下的高速镗削过程的非线性动力学特性进行研究。本文的主要研究内容包含:基于再生颤振理论,采用频域分析技术研究单自由度和两自由度切削系统的颤振稳定性,建立了单自由度和两自由度切削系统的稳定性耳瓣曲线(lobes)的计算方法。计算得到颤振频率、相位差和lobes图。将刀杆简化为平面弯曲的悬臂梁。非线性来源于刀杆的不可伸长假定,刀杆的材料假定为粘弹性材料,采用Kelvin-Voigt方程对此进行描述,但不考虑刀杆的旋转。基于Hamilton原理导出包含简谐激励的再生切削力的非线性颤振运动方程。为了得到振动方程的封闭解,首先采用Galerkin法对运动偏微分方程进行离散化,得到广义坐标表示的单自由度非线性常微分运动方程。采用数值积分法研究系统的非线性颤振稳定性。采用多尺度法得到切削系统的主共振响应解析解。将刀杆简化为非平面弯曲旋转悬臂轴,同时考虑刀杆的高阶弯曲变形以及外阻尼的影响,刀杆作用有包含简谐激励的二维再生切削力。基于Hamilton原理导出切削系统的非线性颤振运动方程。采用Galerkin法对颤振运动方程进行简化,得到广义坐标表示的两自由度非线性常微分运动方程。借助于数值积分法研究非线性颤振稳定性。为了研究切削系统的稳态受迫振动响应特性,采用多尺度法导出主共振和超谐共振解析解。最后,通过数值计算研究了刀杆的几何尺寸(包括长度和直径)、阻尼、切削系数、切削深度、齿数、切削力幅值和铺层角度等参数,对镗削过程非线性lobes图以及主共振响应曲线以及超谐响应曲线的影响。