自由曲面高效高精度加工是国内外先进制造领域的重要研究课题。自由曲面造型复杂且对加工质量要求较高,加工难度大,通常需要在五轴数控机床上实现。另外,自由曲面大多应用于低刚度薄壁件中,切削过程中极易产生加工变形,严重影响加工精度。因此,需要有效地控制加工变形,才能实现自由曲面薄壁件的高效高精度加工。本文以典型自由曲面薄壁件叶片为研究对象,针对刀具路径规划和加工变形展开研究,主要内容如下:(1)阐述了切削加工中切削力的数学理论基础以及材料加工变形的力学基础,给出切削力的计算公式,分析影响切削力的因素以及应力应变状态的关系,为论文研究提供理论依据和技术支持。(2)结合残余应力的产生机理和对工件的影响,采用X射线衍射法测量工件表面残余应力。设计薄壁件加工对比实验,在相同的切削参数下比较蜿蜒模式、外环偏置、自动摆线和旋风铣四种刀具路径加工后工件表面残余应力的分布情况,通过残余应力分布的均匀性对比刀具路径的利弊,并以此为依据为薄壁叶片加工选择刀具路径。(3)根据薄壁叶片结构特点和工艺性要求,综合考虑加工效率和加工质量,为薄壁叶片加工制定合适的工艺方案。叶片加工过程包括粗、半精、精和清根加工四个阶段,针对每个工艺阶段合理规划刀具路径并选择合适的刀具,实现薄壁叶片的高效高精度加工。(4)研究了加工变形的产生原因和控制技术,在所制定工艺方案的基础上,设计不同侧倾角的对比实验。使用三坐标测量机测量加工后叶片表面,并与理论模型相比较,得到叶片表面误差分布情况。根据实验结果,分析叶片的弯曲变形和扭转变形规律,以及侧倾角对弯扭变形的影响,并据此确定较优的侧倾角。在实现薄壁叶片无干涉加工的前提下,最大程度上限制其加工变形。