零件的表面形貌对于诸如耐磨性、抗疲劳性及耐腐蚀性等使役性能有着重要影响。如汽车覆盖件模具表面的耐磨性、抗疲劳性直接决定了工件成形质量和模具使用寿命。自然界中某些生物体表的凹坑形非光滑形态具有较好的耐磨性能。采用激光加工等方法在零件表面制备出凹坑形仿生非光滑表面,是一种提高表面使役性能的有效方法。高速球头铣削可形成具有规则分布的凹坑状表面形貌,且相对于激光加工制备技术具有加工效率高、作业范围广、生产成本低的优点。因此,将仿生非光表面的相关理论与高速加工技术进行有效结合,对于提高零件的安全服役性能、延长使用寿命有着重要实际意义。本文以汽车覆盖件模具常用材料Cr12Mo V为研究对象,结合其服役环境和主要失效形式,以蜣螂体表凹坑形非光滑形貌为参考,在仿生表面高速铣削加工可行性分析基础上,对仿生表面的磨损特性与抗疲劳性能进行了探索。首先,以仿蜣螂体表四边形凹坑形貌为仿生设计原型,并对其体表凹坑非光滑表面形貌进行了提取与分析。从磨屑收集、存储与力矩效应,以及应力缓释、负压减阻、快速散热等方面,对工件仿生表面的减阻、耐磨机理进行分析;对工件表面仿生四边形凹坑形貌对疲劳裂纹扩展的阻滞作用也进行了分析。采用球头铣削加工实验,验证采用球头铣削制备仿生凹坑形表面的可行性,并对其相关指标进行了检测,满足仿生表面形貌参数的实际要求。其次,分析球头铣削加工表面进给残留和行距残留的形成机理,研究加工参数对表面残留形貌的影响规律。设计单因素铣削实验,验证表面形貌仿真模型的准确性和可靠性,论证相位差Δφ对表面形貌微单元凹坑形状的影响规律,验证球头铣削加工制备四边形和六边形凹坑表面形貌微单元方法的可行性。再次,通过采用数值模拟仿真与摩擦磨损试验相结合的研究方法,从稳定摩擦系数、磨屑收集,存储能力、应力分散和缓释及热交换效应等减磨机理方面优选出具有最佳减阻、耐磨性的仿生表面,得出工件表面仿蜣螂体表四边形凹坑形貌具有最佳的减阻和耐磨性,其摩擦系数相对于抛光试件的摩擦系数降低了23.6%。确定了不同切削参数对仿生表面形貌耐磨性的影响,获得了具备良好耐磨性切削参数组合方案。最后,分析高速球头铣削仿生凹坑形貌与抗疲劳性能之间的相关性及影响机制。基于Neuber模型构建球头铣削加工参数、表面形貌应力集中系数及疲劳寿命三者之间的数学模型,通过理论分析、模拟仿真及试验验证四边形仿生凹坑表面具有较好的抗疲劳性能。此外,从疲劳裂纹扩展的角度分析,得出仿生蜣螂体表四边形凹坑形貌对疲劳裂纹扩展具有一定的阻滞作用的结论。通过对仿生试件疲劳断口的观测,获得了相关疲劳断裂信息。