模具是我国重要的机械产业之一。模具材料通常硬度较高；模具形貌特征也较为复杂,比如包含各种拐角和窄槽。拐角和窄槽加工时,刀具与工件的啮合区域会突然增大,造成切削力变大,机床和工件产生振动。这些会导致加工效率低、模具表面精度不高、刀具使用寿命短等问题。因此对高速铣削摆线加工在模具型腔中的应用研究有重要的意义。本文采用P20模具钢作为试验材料,通过理论和试验研究摆线加工路径的接触角、铣削力和刀具磨损。首先,基于切削过程中接触角的概念,对摆线加工中的接触角进行几何建模。结合Matlab对瞬时接触角变化曲线进行仿真,并分别研究了刀具直径、循环圆直径和循环圆间距对接触角的影响规律。从而为摆线循环圆的优化分布提供依据。然后,基于铣削力的力学建模法和经验建模法对摆线加工的铣削力进行建模。通过两组试验线性回归获得切削系数,建立对应的铣削力预测模型。两种方法均能准确预测恒定切削宽度的铣削力,但是经验建模法能够更简便地预测变切削宽度的铣削力。将该铣削力模型应用到摆线加工路径中,能够准确地预测摆线加工中的瞬时铣削力。其次,设计相同切削参数下的行切路径和摆线路径的基础试验,对其刀具磨损进行分析。通过单因素试验研究不同的轨迹间距和刀具路径对刀具磨损的影响。并运用极差分析法和方差分析法分析轨迹间距和刀具路径对刀具磨损影响的显著程度。从而为后续摆线路径在型腔加工中的刀具磨损提供参考。最后,基于摆线加工路径的接触角、铣削力和刀具磨损的分析,实现了摆线循环圆优化分布的算法。设计了拐角添加摆线的型腔轨迹和摆线贯穿的型腔轨迹这两种方式,并与常规型腔轨迹和常规型腔减速轨迹作对比。展开型腔加工试验,对比其铣削力和刀具磨损。验证摆线加工路径能够有效地控制型腔加工过程中拐角的铣削力和刀具磨损。