钛合金由于具有高比强度、高蠕变腐蚀抵抗性、高抗磨损性等性质,广泛应用于航空、航天、能源及生物医疗等领域。钛合金铣削加工是一个断续切削的过程,由于复杂的刀-工变化关系,以及切入与切出过程中工件的非稳定状态倾向,因此刀具几何参数及切削参数的大小会影响切屑的形成、刀具寿命及表面质量。针对以上铣削加工工艺特点,针对TC4钛合金材料的特性,通过理论分析、仿真模拟、科学实验和优化技术等方法,开展切削仿真与优化技术相结合的集成仿真优化研究,即参数化设计(UG设计)、有限元仿真(ABAQUS仿真)、集成式优化(Isight优化)的集成仿真优化研究。本文以球头铣刀铣削TC4钛合金为研究对象,具体研究如下:首先,建立球头铣刀空间刃线数学模型,在UG环境下,基于特征变量设定方法,得到球头铣刀三维实体参数化模型。基于Matlab建模模块,验证数学模型的正确性。基于NUMROTO plus(r)仿真平台,建立球头铣刀磨削仿真工艺规划;使用SAACKE-UWⅡ工具磨床,完成球头铣刀制备,为钛合金铣削实验研究奠定基础。其次,应用有限元切削仿真关键技术,采用ABAQUS有限元软件建立了铣削加工过程的三维有限元模型,模拟不同时刻下铣削力、铣削温度、Mises等效应力以及残余应力层的分布趋势。再次,使用第二章制备的球头铣刀,基于VDL-1000E立式的铣削加工中心,进行钛合金铣削实验及残余应力测试实验研究,实验测得数据与仿真数据相对比,验证钛合金三维铣削有限元模型的准确性。最后,基于Isight软件集成优化环境,搭建球头铣刀几何参数集成仿真优化平台和考虑残余应力的切削参数集成仿真优化平台,确定优化目标,软件执行与交互,提出优化策略,优化设计变量。本文以刀具切削性能与工件加工质量相结合,优化的刀具几何参数是提升刀具切削性能的有效手段,优化的切削参数是提高加工效率的可选依据,为钛合金工件的铣削加工提供方案,具有重要的科学研究意义。