高能效铣刀以其高切削性能广泛应用于航天航空等高端领域中难加工材料的高效、精确加工。铣削加工过程中,铣刀切削力的动态变化直接影响切削稳定性,导致刀具磨损加剧和加工表面质量恶化。研究铣刀切削力的动态特性,建立正确的铣刀动态切削力模型,对实现铣削过程的精确控制、提高铣削加工能效具有重要意义。本文在国家自然科学基金项目“高能效铣刀非线性摩擦动力学磨损多尺度耦合作用机理(51875145)”的支持下,以实现高能效铣刀动态切削力的有效控制为目标,结合高效铣削加工实例,进行振动作用下的铣刀切削力动态特性及其控制方法的研究。针对已有研究忽略了高能效铣刀切削力的动态特性是刀齿误差分布和铣削振动两种机制共同作用对切削力的影响问题,进行了高能效铣削实验,提出了刀齿误差作用下铣刀瞬时铣削体积的解算方法,揭示了刀齿误差及其分布对铣刀瞬时铣削体积的影响特性,实现了刀齿误差分布与切削力之间的关联;依据铣削振动和铣刀切削力实验结果,提出了铣刀瞬时切削体积、铣削振动和切削力行为序列的构建方法,揭示了刀齿误差分布、铣削振动与铣刀切削力的关联特性;并采用改变铣刀转速和刀齿误差分布的实验方案,揭示了铣刀刀齿误差和铣削振动对铣刀切削力的影响特性。结果表明,铣刀切削力动态特性的改变是刀齿误差分布和铣削振动两种机制共同作用的结果,采用上述方法可有效揭示多因素共同作用下铣刀切削力的变化特性,为构建铣刀动态切削力模型提供依据。依据铣削振动对铣刀与工件瞬时切削接触关系的影响特性,提出铣刀及其刀齿的瞬时切削位姿、铣削微元瞬时切削层厚度以及刀齿瞬时切削边界的解算方法,揭示铣刀刀齿瞬时切削行为的变化特性;采用微元法表征刀齿瞬时切削力的分布状态,建立刀齿瞬时切削力模型,揭示刀齿瞬时切削力的变化特性;构建铣刀多齿切削的瞬时切削力系,提出相邻刀齿瞬时切削力的位置矢量和力矢量关系变量的解算方法,揭示了相邻刀齿瞬时切削力关系的动态特性;通过铣削实验进行铣刀切削力动态特性和响应特性验证。结果表明,刀齿误差分布和铣削振动对铣刀及其刀齿瞬时切削行为的改变,引起了刀齿瞬时切削力分布状态以及相邻刀齿瞬时切削力关系变化特性的相应改变,从而改变了铣刀切削力的动态特性,采用上述模型和方法可识别出铣削振动、铣刀结构参数和切削参数对铣刀动态切削力的影响机制。基于铣刀动态切削力模型,析出了铣刀切削力的设计变量,分析了工艺特征变量、刀齿误差分布以及铣削振动对铣刀切削力的影响特性,并采用响应面法,进行了铣刀动态切削力仿真方案设计,构建了刀齿切削力、刀齿之间切削力关系、铣刀切削力、理想与实际铣刀切削力的关联度以及铣刀切削力动态特性的响应面模型。依据响应面模型方差分析结果,结合铣刀动态切削力响应曲面,分析了工艺特征变量、铣削振动以及刀齿误差分布对铣刀切削力大小和动态特性的影响显著性水平,并揭示了以上设计变量之间的交互作用对其的影响特性,为铣刀动态切削力的控制提供了依据。依据铣刀动态切削力影响因素显著性分析结果,析出了铣刀动态切削力控制变量。以铣削加工效率为约束条件,铣刀动态切削力和切削能效为控制目标,结合刀齿切削力、刀齿之间切削力关系、铣刀切削力大小及其动态特性的控制序列,提出了铣刀动态切削力的控制方法。以铣刀切削力和切削功率变化曲线的平均值和极值为特征变量,提出了铣刀切削力和切削能效的评价方法,并通过两组铣削加工实例,对铣刀动态切削力控制方法进行了验证。结果表明,采用该方法可实现铣刀动态切削力的有效控制。