我国已将大飞机发展战略列入未来15年的发展专项之中,《中国制造2025》纲领也提出了对航空航天装备制造的战略支撑和保障,可见航空工业日益突出的战略地位。叶片的制造水平在很大程度上影响着航空发动机的工作性能。叶片属于典型的薄壁零件,因其易变形且外形独特(具有自由曲面)的特点,故在其加工过程中极易发生颤振,并由此引发表面质量急剧下降且生产效率低下等问题。因此,关于叶片加工原理及其加工稳定区域的预测和加工后表面质量的研究具有十分重要的意义。本课题按照从一般平面到具体曲面、从简单薄壁件到复杂曲面(叶片)的思路,在叶片型线设计与确定的基础上,通过对切削受力、二维和三维加工动力学、稳定性及车铣加工表面形貌等模型的建立,并辅以相关实验的验证,对叶片制造过程中涉及到的切削力、颤振稳定性分析与预测及加工表面质量的优劣进行了不同程度的研究。课题的主要研究内容包括:(1)通过分析一般涡轮叶片的叶型参数,利用五次多项式的数学方法构造合理的叶型曲线,并借助CAM软件和计算机优化与仿真技术,编制并优化数控加工程序,通过高真实度的加工模拟来指导钛合金叶片的实际加工。(2)类比正交车铣加工原理,对叶片的车铣复合加工进行了参数层面的分析;建立了球头铣刀三轴加工受力模型,通过实验获得线性力学模型的切削系数,用以铣削力的预测,完成了不同参数对铣削力影响的分析;在此基础上,引入变换矩阵,将受力模型扩展到多轴车铣加工。(3)基于再生效应,分别建立了一般工件、考虑工件柔性的二维铣削加工动力学模型,并将其扩展三维的车铣加工动态力的求解;依据实验获得的模态参数,以考虑系统相对传递函数为前提,采用频域法和时域法完成对薄壁件加工稳定性分析,基于时域仿真验证,预测了复杂薄壁件(叶片)的稳定加工区域。(4)针对普通薄壁件的加工表面,从宏观纹理与微观粗形貌的角度入手,基于对实验数据的定量对比和定性观察,分析了颤振表面与稳定表面的区别;建立了正交车铣加工的表面残留高度数学模型,并将其特殊化至叶片车铣加工的表面形貌,通过仿真分析了不同参数对车铣加工叶片表面质量的影响,给出可以获得较好表面质量的参数建议。