生物医学工程与机械工程结合十分紧密,很多传统的机械加工方法已被广泛应用于手术医疗等方面,而如今对骨铣削过程中铣削参数对于骨的力热损伤影响的研究较少。为了减少切除过程中骨组织的损伤,本文采用理论分析与实验相结合的方法展开对骨铣削相关问题的研究,探究采用医用球头铣刀进行骨铣削时,骨骼铣削力和表面铣削温度与铣削参数相应的关系,基于实验对其进行了预测建模,并对其有效参数进行了敏感性分析与多目标优化,此外还对骨铣削过程进行振动分析,探究铣削参数与铣削颤振之间的关系。针对骨骼铣削问题展开理论分析,以机械加工领域的铣削理论为基础,阐述了骨骼各向异性的宏观材质力学特性,从单个铣削刃切削微元角度出发,建立了球头铣刀切削微元切削模型,推导出球头铣刀切削微元切削力公式,得出单个切削微元切削力与铣削参数之间的关系;建立了球头铣刀铣削时的热流密度模型和球头铣刀铣削区域温度模型,得出骨骼铣削表面最高温度与铣削参数的关系,其他条件一定时,铣削力随球头铣刀主轴转速的增大而下降,随进给速度与铣削深度的增加而增大,铣削表面温度值随主轴转速与铣削深度的增加而升高,随进给速度的增加而下降,为我们后续的研究工作提供了理论支撑。基于中心复合设计方法设计了骨铣削实验方案,利用Design-Expert软件基于球头铣刀在骨铣削不同区域不同铣削模式下采集的铣削力与最高铣削温度数据,采用响应面法建立铣削力与温度关于切削参数的预测模型,以响应面图直观反映铣削力和温度响应与影响因子(铣削参数)之间的关系;采用Sobol方法分析铣削力和温度预测模型参数的敏感性,以此阐明和定量分析输入铣削参数对输出铣削力和铣削温度的影响程度;基于Derringer满意度函数法对铣削力和铣削温度预测模型进行多目标同时优化,通过优化找到最佳的铣削参数,使铣削力在没有骨组织热损伤的温度范围内最小,为实际手术中优化铣削过程参数,减少骨的力热损伤,提高铣削质量奠定基础。对铣削过程中再生型颤振机理进行了简要的说明,建立了医用球头铣刀的骨铣削再生型颤振动态铣削模型,求解其稳定域获得了骨铣削稳定性叶瓣图,根据不同切削参数下的叶瓣图探究了切削参数对骨铣削稳定性的影响作用,对骨铣削过程颤振抑制措施进行了讨论,在加工前应对铣削参数进行优化,适当提高主轴的转速范围,降低进给速度与铣削深度来抑制骨铣削中的颤振,提高骨铣削的稳定性。在对骨骼铣削力与铣削温度进行理论分析和预测的基础上,基于不同切削模式在猪股骨样本的皮质骨、松质骨区域进行铣削,使用力传感器和热电偶完成在不同铣削参数组合条件下的最大铣削力和最高铣削温度的采集实验;之后通过对比分析骨铣削力与温度的理论分析值、模型预测值及实验值随铣削参数的变化,发现三者趋势基本一致,除此之外,皮质骨区域的铣削力与温度比松质骨区域要大一些,且在皮质骨区域垂直切削模式下的铣削力与温度较其他切削模式下大一些,验证了建立的铣削力与温度理论模型以及预测模型的准确性;利用铣削力和温度预测模型的优化结果设定输入铣削参数,在皮质骨、松质骨区域完成了猪股骨样本铣削实验,将实验结果与预测模型优化结果进行对比,验证了铣削力和温度预测模型优化方法和结果的有效性。