钛合金、镍基高温合金和超高强度钢等三类材料由于具有高强度、高硬度、低热导率或塑性好等特性，因而在机械加工领域均属于难加工材料行列。也正因为这些特性，这几类材料在航空、航天、汽车、能源、制造、发电等领域获得了广泛的应用。本文以常用于制造航天零部件的钛合金、镍基高温合金和超高强度钢这三类难加工材料作为研究对象，以其切削工艺在航天零件加工中获得实际应用为研究目标，对TC4与TC11钛合金、GH4169镍基高温合金和30CrMnSiNi2A超高强度钢等四种典型材料的动态力学变形行为、材料的本构建模与有限元仿真、锯齿形切屑的变形机制等问题进行了研究，分析了这四种难加工材料在动态力学变形行为和切屑形成过程上的共性和差异性，对其在不同航天典型零件加工工艺中的关键共性技术问题进行了探讨。　　首先，本文研究了TC4与TC11钛合金、GH4169镍基高温合金和30CrMnSiNi2A超高强度钢的动态力学行为。通过大量的SHPB实验获得了这四种材料在不同应变率和不同温度条件下的动态力学变形行为，对其在高应变率、高温下的应变硬化现象、应变率强化效应和热软化现象进行了对比分析。研究结果表明，虽然TC11和TC4均为α+β双相钛合金，但是它们的动态力学行为不尽相同：TC11钛合金的应变硬化效应和应变率强化效应不明显，而温度效应显著；TC4钛合金在实验温度低于500℃时应变硬化现象明显，高于500℃时则表现出显著的热软化效应。GH4169镍基高温合金的应变硬化效应较强，对应变率和温度不敏感。应变率对GH4169的显微组织的影响要超过温度的影响，因此其塑性变形会随着应变率的增大而增强。30CrMnSiNi2A超高强度钢具有显著的温度敏感性。同时，随着温度的上升，该材料的应变率强化效应和应变硬化效应会有所减弱，高应变率时流动应力随应变的增加趋于不变。　　其次，在上述研究结果的基础上，采用应用较广的J-C本构模型对所选用的四种典型难加工材料进行建模，获得了本文中四种难加工材料的修正后的J-C本构模型。并利用拟合应力值与实验值相对比对其进行了验证，修正后的J-C本构模型能够较好地描述它们的动态力学行为。　　在上述动态力学实验的基础上，本文对切削过程中获得的TC4与 TC11钛合金、GH4169镍基高温合金和30CrMnSiNi2A超高强度钢的锯齿形切屑的形成机理进行了研究。通过大量的铣削实验，对这四种难加工材料的切屑形态进行了分析，讨论了切削速度和每齿进给量对其切屑形貌的影响，提出了这四种不同类型的工件材料形成锯齿形切屑的临界速度。针对锯齿形切屑形成机理之争，本文研究了这四种难加工材料不同的切屑形成机理。主要研究结果如下：　　随着切削速度vc的增加，TC4钛合金的切屑形态有一个从发条形到C形屑再成为长条状的变化过程。每齿进给量 fz对 TC4切屑形态的影响同切削速度 vc具有类似的规律。侧铣TC4钛合金时，在20m/min时即可产生锯齿形切屑（每齿进给量fz为0.05mm/z、刀具切削前角γo为-6°）。TC11与 TC4钛合金的切屑形态变化具有类似的规律，但其表现得更明显。TC11钛合金产生锯齿形切屑的临界切削速度vc0为80m/min。切削速度vc和材料本身的物理力学特性对GH4169镍基高温合金的切屑形态影响较大，在侧铣时其形态会由低速时的短条状逐渐向C形切屑转变。GH4169镍基高温合金产生锯齿形切屑的临界切削速度vc0为100 m/min。当切削速度vc不断增大时，30CrMnSiNi2A超高强度钢的切屑形态均为螺旋状，每齿进给量fz的增大使得切屑形态从螺旋形向发条形转变。30CrMnSiNi2A超高强度钢产生锯齿形切屑的临界切削速度vc0为115 m/min。对于这四种材料，较低的进给速度和较高的切削速度即可使切屑锯齿化。　　TC11、TC4、GH4169和30CrMnSiNi2A四种材料的锯齿形切屑形成机理不尽相同。在切削速度vc增大的过程中，TC4、GH4169和30CrMnSiNi2A均出现了绝热剪切现象，它们的切屑锯齿化主要是由于绝热剪切造成的。对于TC11钛合金，切屑锯齿化在低速段（80m/min）表现为周期性断裂，而在高速时，侧铣 TC11钛合金产生的锯齿形切屑是以绝热剪切的方式形成。　　对高速加工典型航天零件进行了介绍。针对具有不同加工特点的典型零件的加工工艺，在前面基础实验和理论研究的基础上，通过刀具选型、优化工艺路径、加工余量分配和切削参数优化等一系列的优化措施解决了几类航天复杂结构整体薄壁件加工变形控制和加工表面质量控制等工艺难点。