镍基高温合金材料因其优异的热稳定性经常被广泛用于制造航空航天发动机以及燃气轮机等热端零部件,由于其导热系数小、摩擦系数大等原因,致使其加工难度增加,对加工刀具提出了更高的要求。针对镍基高温合金的切削加工,虽然一些新材料刀具能够改善切削加工性能,但考虑到经济性与适用性,涂层硬质合金刀具依然是最合适的切削刀具。在刀具材料一定的情况下,要想获得更加优异的切削性能,就需要对刀具结构进行优化设计。本文针对镍基高温合金GH4169侧铣加工,主要从刀具几何结构参数优化方面进行研究,同时对铣削参数优化进行了研究。为了建立精确的立铣刀实体模型,根据立铣刀螺旋槽的刃磨过程,基于曲面包络原理建立了立铣刀螺旋槽的数学解析模型,在MATLAB中对所建立的模型进行了验证。对立铣刀螺旋槽正向建模与反向建模问题进行了研究,利用三维建模软件实现了立铣刀螺旋槽的刃磨仿真建模,通过定义砂轮形状参数以及位置参数实现了立铣刀螺旋槽特征的快速正向实体建模。通过分析砂轮安装位置与槽型参数之间的关系,在砂轮形状参数与螺旋槽槽型设计参数已知的情况下运用迭代的方法对砂轮安装位置进行了反向求解,通过实例验证了所建立的立铣刀螺旋槽特征满足精度要求。在此基础上,增加了立铣刀侧刃与端刃特征获得了完整的立铣刀三维实体模型,模型表面光滑能够用于有限元仿真。阐述了金属切削有限元仿真的关键技术,建立了铣削镍基高温合金的三维有限元仿真模型,得到了工件应力云图、立铣刀温度云图、以及铣削力输出曲线。设计了用于验证仿真模型准确性的铣削实验,为了减小仿真与实验的误差针对实验使用的立铣刀进行了逆向重构,利用重构的刀具进行铣削仿真,结果表明建立的仿真模型能够很好的预测铣削过程产生的铣削力。利用建立的铣削仿真模型,在铣削参数不变的情况下,使用不同前角、后角、螺旋角的立铣刀进行铣削仿真试验,以切削力和切削温度为评价标准对刀具几何参数进行单因素优选,优选出适合的刀具几何参数范围。采用正交试验对得到的刀具几何参数范围进行整体分析,优选出适合的刀具几何参数。在此基础上,针对高速与大轴向切深,以一阶模态的固有频率和变形位移为评价标准对不同齿间角的立铣刀进行模态分析,为立铣刀增加不等齿间角的特征。设计正交试验,利用优化后的立铣刀在不同铣削参数下进行铣削仿真试验,对试验获得的各向切削力和切削温度进行极差分析,综合考虑切削力与切削温度的影响获得了最优的铣削参数。