航空发动机又称之为叶片机,所以叶片的制造品质直接影响着发动机的整体性能和服役寿命。随着航空发动机推重比、涵道比及服役寿命要求的不断提高,叶片结构更趋复杂(如薄壁、弯掠、宽弦),其材料更难加工、制造精度和表面质量要求更高,这对叶片制造技术提出了更为苛刻的要求。目前,多轴数控加工技术仍然是航空发动机风扇、压气机叶片采用的主要制造方法。然而,在叶片精密数控铣削过程中,由于材料难切削、零件刚性差、切削过程动态特性时变性强等因素使得叶片加工时极易出现颤振现象,从而导致叶片的加工精度低和表面质量差。因此,精确建立薄壁叶片铣削过程动力学模型,从理论上提出有效的颤振抑制策略,是实现此类零件高效高质加工的关键。本文以航空发动机叶片为对象,针对其高品质数控铣削稳定加工所涉及的时变工艺系统动力学建模、时变模态参数预测、刀具位姿及工艺刚度优化等关键技术开展了研究。论文的主要研究内容和取得的主要创新性成果如下:1.建立了薄壁叶片铣削单柔性工艺系统动力学模型:在分析薄壁件铣削工艺模型的基础上,进行了铣削工艺系统类型划分与动力学建模;针对薄壁叶片铣削工艺系统,依据柔性工艺系统动力学模型划分准则,在考虑刀轴矢量对稳定性影响的前提下,建立了单柔性时变动力学模型,并依据叶片动力学系统稳定性判据建立了薄壁叶片工艺系统的稳定域解析模型。2.提出了薄壁件铣削过程模态摄动预测方法:提出了基于摄动原理的薄壁叶片铣削动态特性演化机制以及时变模态参数预测的计算模型,并基于一阶摄动方法实现薄壁件铣削过程模态参数预测。首先,在不失工艺系统动态特性前提下,沿着弦长方向对薄壁件工艺模型进行了简化与离散,并基于离散单元的几何参数和材料性能计算其质量矩阵和刚度矩阵;其次,基于摄动计算模型提取了不同铣削状态下的前四阶模态;最后,通过实验实测模态与仿真值对比,证实了预测方法的可靠性,实现了薄壁件材料去除状态下模态参数的实时预测。3.建立了时变工况下薄壁件铣削三维稳定域叶瓣图:在薄壁件材料连续去除过程模态预测基础上,首先研究了刀具—工件位置相对变化时稳定域叶瓣图的全离散求解方法;其次,基于薄壁件动力学系统稳定性判据,建立了薄壁件三维稳定域叶瓣图,并分析了其结构特征、材料去除过程及刀轴矢量变化对叶瓣图的影响;最后,通过数值计算方法分析了时变模态下三维叶瓣图演化过程,为薄壁叶片加工过程最佳切削转速的选择提供了理论依据。4.提出了薄壁件稳定切削的刀轴矢量控制方法:分析了薄壁件精加工球头铣刀的瞬态切削力模型,以及球头铣刀接触区域的边界。提出了接触区域的快速求解方法,并得到了不同倾角对应接触区域的映射面积,最后,通过切削力仿真实验验证了切削力模型的正确性;基于稳定性叶瓣图确定了最佳刀轴矢量参数域,在此基础上以偏转切削力为约束边界,绘制了刀轴矢量对瞬态切削力影响的趋势图,进一步优化了刀轴矢量,为薄壁叶片稳定切削提供保证。5.提出了薄壁件稳定切削的非均匀余量优化方法:研究了薄壁件铣削工艺余量分布对薄壁件动态特性的影响机理,提出了基于特征值灵敏度的非均匀余量分布优化模型。首先,将简化的薄壁件工艺模型沿着积叠方向进行了有序的离散,求解各个离散微元的刚度灵敏度;其次,根据各个节点灵敏度的分布,建立了刚度、灵敏度与余量厚度分布的解析关系;最后,将计算的节点处的厚度变化量映射到薄壁件工艺模型的型面上构建了最终精加工驱动面,实现薄壁件自身工艺刚度增强,并通过实验验证了方法的有效性。本文最后对薄壁叶片铣削颤振综合抑制策略进行了实验验证。实际结果表明,提出的薄壁叶片多轴加工颤振综合抑制策略能够显著提高航空发动机叶片类零件的加工质量和加工精度。