飞机大型结构件的数控加工能力体现了一个国家航空整体制造水平。TC18框类零件是飞机重要的结构件,这类零件结构非常复杂,加工工艺难度较大,在切削过程中,刀具、工件之间的相对振动在零件表面会产成振动痕迹。另外,铣刀在有振动痕迹的零件表面上继续加工,如此重复循环,有可能使来时减少的振纹波及整个加工表面,形成再生颤振。同时,钛合金的导热系数非常低,使得热量集中在刀具的刃口部位,极大地阻碍了热量散失,引起切削温升很快,从而导致加工表面质量恶化和刀具快速磨损。本文针对数控加工过程中飞机框类结构件加工效率低、工艺过程稳定性差的情况,分别从工艺优化、加工颤振稳定性和切削参数优化等角度研究。框类零件以前的加工流程不同步,因此难以统一生产规范。本文首先分析了框类结构件的加工工艺和加工难点,对框类零件进行了标准化工艺研究,为以后切削参数标准化和工装、刀具标准化做好准备。围绕高速立铣刀铣削TC18框类零件的工艺系统进行了铣削稳定性预测研究。首先,为了获得准确的颤振稳定域图,对选定的刀具-工件系统开展铣削力系数辨识实验和模态分析锤击实验,分别获得了颤振稳定域所需的铣削力系数和模态参数。然后利用单因素切削力实验确定了平均切削力。刀具和工件子系统的动力学特性直接影响铣削稳定性。在建立整个工艺系统铣削动力学模型的基础上,应用切削加工中的再生颤振理论,采取半离散法对加工过程的颤振稳定域进行解析计算。然后在进行动力学仿真的基础上,进一步建立了极限稳定域。针对钛合金TC18的难切削性,开展了钛合金TC18高速切削表面粗糙度的正交实验和单因素实验,研究每齿进给量、切深和转速对加工表面粗糙度的影响规律。依据正交实验数据结果,建立了表面粗糙度预测模型,并检验了该模型的显著性。提出了基于工艺系统加工稳定性的切削参数优化模型。考虑加工过程中的多种影响因素,确定了切削参数优化的多种约束、约束范围、目标函数和设计变量,建立了以转速、每齿进给量、切深和切宽为变量的最大生产效率目标函数,最后通过铣削加工实验证明经过稳定铣削参数优化的工件表面加工精度有所提高,优化后物料去除率为8.1cm3/min,约为优化前去除率的1.7倍,提高了切削加工的效率,从而做到零件生产过程的成本管控。可见以结构件铣削过程动力学分析为理论依据的工艺参数优化更加科学有效。