薄壁件由于其结构弱刚性、易变形、材料去除率大等特点,导致薄壁件加工精度控制一直是一个难题。影响薄壁件加工精度的因素很多,包括工件力学特性与结构特点、力热耦合作用、残余应力及装夹系统等。从目前国内外研究现状可知,通常,薄壁件在加工完成后可满足精度要求,但在加工之后的短期或一段时间内因自然变形过大而失效,这是由于内部材料的残余应力不合理分布导致了工件后续的二次变形,影响了薄壁件长期的性能稳定性,给国家和企业带来了巨大的财产损失。因此,了解和掌握残余应力的生成机理是至关重要的。至今,高速铣削已广泛应用于薄壁件加工领域中,而传统的企业应用时往往仅根据个人经验及生产周期内空闲设备的情况来选择相应的工艺参数,缺乏一定的工艺参数选择原则。使得最终对工件残余应力的分布状况仍很难或未被完全掌握。此外,对于薄壁件加工过程中缺少综合多因素控制残余应力及加工精度的选择依据,以上现状对控制残余应力引起的薄壁件变形是极为不利的,导致薄壁件的加工精度控制仍然是一个难解的瓶颈问题。由此而引发了对于推广和提出控制复杂薄壁件加工精度的方法亟待研究。因此,本文结合仿真和实验分析,首先展开基于未变形切屑厚度的切削力、热及其耦合作用的残余应力生成机理研究,其次探讨高速铣削工艺参数优化及其高速特性、相关优化原则,并揭示高速铣削加工残余应力的重分布规律。最后,以某航空航天领域框体类薄壁件为工程应用对象,综合多因素优化分析、研究和提出控制薄壁件残余应力和加工精度的方法。本文的主要研究成果及创新点如下：(1)研究了基于切削力与热的残余应力生成机理,发现了切削过程中的铝合金残余应力生成机理。切向残余应力是切向力和工件表面温度的综合作用。径向残余应力主要是径向力作用,受温度生成残余拉应力的影响要小于对切向残余应力作用,这是因为切削热在切向的扩散程度高于在径向的作用。发现和提出的残余应力生成机理为解释和控制残余应力生成提供了科学依据。(2)研究和揭示了高速铣削特性作用下的工艺参数优化原则。结果表明高速铣削特性为,1)单因素提高铣削线速度,材料去除率成正比例增加,速度升高至一定范围,切削力减小,工件已加工表面温度下降并稳定在一定温度区间内。2)多因素工艺参数组合,材料去除率不变时,高线速度配置其他工艺参数下,能够实现加工质量和效率的最优值。基于以上高速特性,提出了两大工艺参数优化原则：1)粗加工：优先提高切削速度,其次分别为切宽、切深和进给量。优先选用“高速度、大切宽、大进给量、小切深”的组合。2)精加工：先选定切削速度,减小其他工艺参数的优先顺序分别切深、进给量、切宽。优先选用“进给量适中,大切宽和小切深”的组合,以上结论为进一步设计高效、高质加工工艺参数方案提供了科学依据。(3)研究了铣削加工残余应力重分布作用机制,仿真与实验研究表明,通过分阶段控制切深值,可最大程度改善后续加工亚表面残余应力分布。与理想无初始应力材料相比,含有一定的初始热处理(分布为表面压应力,亚表面拉应力)或加工残余应力(分布为表面拉应力,亚表面压应力)有利于减少后续生成的加工残余应力重分布值,并减小因残余应力而产生的工件变形。此外,构建和定义了刀具轨迹重叠的模型与系数,发现了以工件表面残余应力与材料去除率为控制目标,可根据工件精度要求及零件特征综合选用重叠系数,从而实现质量与效率的最佳统一。以上结果为控制工件加工残余应力分布提供了实验和理论依据。(4)以航空航天领域常见的框类薄壁件为对象,研究了复杂薄壁件加工精度控制方法。采用仿真与工程实验相结合的方法,综合多因素优化控制薄壁件加工工艺方案。从结果可知,提出了：1)薄壁件平面铣削优先“由内向外”的路径,2)采用“对称交叉-由外向内”的多框加工优先顺序。3)控制切深的薄壁框工艺参数优化设计原则,以及控制精加工工序夹紧变形的非传统安装方法。粗加工时,可使用专用夹具夹紧定位,增大材料去除率,切深选用大于前道工序加工亚表面残余应力趋于平缓的深度。精加工时,采用无夹紧力的胶水装夹,减少材料去除率,切深需选择小于上道工序加工亚表面最大残余压应力值所在的距表面深度,可以使平面加工变形减小。综合采用上述方法,开展航空航天薄壁件工程应用实验加工验证,为综合控制薄壁件加工精度提供了科学依据和实用方法。通过以上内容的探索和研究,本文作者希望此课题的研究工作能为薄壁件加工精度和残余应力的控制提供科学和理论依据,并为铣削加工过程中改善残余应力的分布提供方法上的指导,更希望能够为后续薄壁件加工领域的研究者们在探索新的科学问题上提供更清晰的解决相关问题的方向。