错齿BTA深孔钻振动钻削技术以其断屑可靠、排屑顺畅、钻削力小、加工精度高和刀具寿命长等优势,在深孔加工领域得到了广泛应用。然而由于深孔振动钻削机理的复杂性以及加工条件的多样性,实际加工过程中刀具系统受到各种复杂环境的影响,导致刀具中心的运动轨迹极其复杂,进而对孔的加工质量造成影响。因此如何准确的控制切屑和钻削力的大小以及预测刀具系统的径向振动等已成为深孔振动钻削加工中的热点和关键问题。本文以第三代核电AP1000蒸汽发生器管板的深孔加工为背景,围绕振动钻削断屑机理、钻削力模型以及刀具系统径向振动特性展开仿真与实验研究,为BTA深孔钻振动钻削孔加工质量的控制及工艺参数优化提供理论依据。分析BTA轴向振动钻削工作原理,建立BTA钻头运动轨迹的数学模型,研究了振动钻削断屑机理及工艺参数对切屑形态的影响规律,得到了振动钻削断屑条件、断屑区域图以及动态切削厚度的变化规律。依据振动钻削断屑机理,建立理论切屑长度的数学模型,研究了频转比对切屑长度的影响规律。分析振动钻削加工过程中刀齿主切削刃上任意一点实际切削角度的变化规律,建立了振动钻削动态切削角度的数学模型,讨论了工艺参数对动态切削角度的影响规律。对钻削加工过程中的刀齿进行受力分析,并基于正交剪切切削力单元模型建立错齿BTA深孔钻振动钻削钻削力数学模型,分析了钻削工艺参数对扭矩和轴向力的影响规律。对刀具系统进行了简化,忽略导向条的挤压,只考虑外齿副切削刃径向振动对孔加工质量的影响,建立了刀具系统径向动力学模型,研究了刀具系统的径向动力学特性。在保证刀具系统动力学方程解精度的前提下,将其切削加工过程离散为多个微小的切削单元,而相邻切削单元之间满足状态方程的连续条件。然后利用差分方程求解方法,给出了深孔钻削过程中刀具径向振动位移大小的数值解,研究了钻削工艺参数对刀具系统动态特性及稳定性的影响,揭示了在BTA深孔钻削加工过程中刀具系统颤振是造成孔加工质量变差的主要原因之一,而颤振的产生受切削参数的影响,并证明了振动钻削具有抑制颤振的作用。搭建BTA深孔振动钻削试验平台,完成钻削工艺参数对钻削力、断屑效果、刀具系统径向振动特性以及孔加工质量的实验研究。实验结果表明:当频转比接近整数时钻削力出现极小值点,而当i接近0.5时出现极大值点;振动钻削降低了刀具系统的径向振动,提高了钻削系统的稳定性。与普通钻削相比,孔加工圆度、孔壁表面粗糙度及微观形貌得到了明显改善,实验结果验证了上述理论分析方法的的正确性和有效性。