薄壁叶片是汽轮机的核心零部件,由于其刚性较弱的特点,在加工过程中受铣削力的作用而产生变形,影响叶片的加工精度和加工质量,不利于企业的生产。因此本文以薄壁叶片为研究对象,开展了刀具与工件的相对位置的确定、球头铣刀铣削力模型的建立、叶片加工变形分析、切削参数多目标优化、全景仿真加工及试验验证等系列研究。具体的研究内容和成果如下:1、确定刀具与工件的相对位置。分析了叶片汽道型面的创建方法,并进行了叶片的三维造型;根据叶片的实际加工工艺,使用UG/CAM编制了刀具加工轨迹,生成CLSF刀位文件;通过理论分析,求解出刀具与工件的接触点坐标及接触点处的曲面法矢方向,并验证其正确性,从而确定了刀具与工件的相对位置,为后续叶片的加工变形研究中施加铣削力的位置奠定基础。2、建立球头铣刀铣削力模型。采用正交试验的设计方法,设计铣削力仿真试验的切削参数组合;采用AdvantEdge软件进行铣削力仿真加工,得出各组参数所对应的三个方向的铣削力大小;利用Matlab软件求解方程组的各未知系数,从而建立球头铣刀铣削力预测模型并验证其有效性,为后续叶片的加工变形研究中施加力的大小提供理论依据。3、叶片加工变形分析。基于ANSYS Workbench建立叶片变形分析的有限元模型,创建与数控程序相对应的刀具与工件的加工接触点,并在接触点处建立局部坐标系,从而研究叶片各接触点处的变形量大小;研究了四个切削参数对叶片变形量的影响并得出规律:叶片的变形量随着切削宽度的增大而缓慢增大,随着进给量的增大而增大,随着切削速度的增大而减小后趋于不变,随着切削深度的增大而增大且影响较大;调整参数后再进行有限元模拟,验证规律的正确性,从而为后续切削参数优化提供理论参考。4、切削参数的多目标优化。选用最优拉丁超立方设计试验方法确定了切削宽度a_e、切削速度v_c、进给量f_z和切削深度a_p四个初始设计变量的30组样本点;建立各设计变量响应面的近似模型,并对响应面模型进行精度检测和误差分析;模型检测合格后,分析了设计变量对响应面近似模型的交互式影响及主效应影响;将变形量De和加工时间T作为参数优化的目标,采用AMGA(自适应变异遗传算法)对四个切削参数进行多目标优化设计,求解出最优解。优化后的切削参数使变形量减小,加工时间缩短,实现了优化的目的。5、全景仿真加工及实验验证。采用优化后的切削参数编制数控加工NC程序文件,利用Vericut全景仿真加工软件对数控程序G代码进行检查;验证程序正确后,借助美国HAAS四轴数控机床对叶片进行实验加工,并借助海克斯康三坐标测量仪对成品叶片的汽道型面进行检测,将实际加工检测结果与模拟值进行比对分析;结果证明了通过有限元模拟叶片加工变形方法的可靠性,也证明了切削参数优化方案的可行性,对企业的高效生产有着重要意义。