高性能以及高可靠性的航空发动机是我国航空制造业研究的重点和难点,其中发动机叶片的加工变形问题是阻碍发动机性能进一步提升的关键因素之一。为了解决以航空发动机叶片为代表的自由曲面类零件在加工过程中的变形问题,本文主要完成了以下工作:(1)球头立铣刀切削力建模。以现有切削力模型为基础,建立了球头刀的切削力模型;综合考虑工件曲面的曲率变化以及刀轴矢量姿态的变化,提出了计算切削力模型中未变形切屑厚度的算法,从而将现有的切削力模型从平面类零件推广到自由曲面类零件;根据对切屑几何体形成机理的分析,得到了刀具刃线参与切削区域须满足的几何条件,避免了复杂度较高的实体求交运算,提高了切削力计算的效率。(2)切削力系数识别。在不同切削参数条件下对钛合金材料毛坯进行槽切实验,测量加工过程中的切削力。通过建立不同方向平均切削力的实验值和理论值的等量关系,对切削力模型中的切削力系数进行求解,并用实验数据验证了切削力系数识别结果的可靠性,最终得到了完整的切削力模型。(3)基于切削力模型进行刀轴矢量规划。根据得到的球头刀切削力模型,得到不同切削参数下的切削力数据,基于得到的数据训练神经网络模型modell用于映射切削参数和切削力之间的关系;同时考虑法向切削力、刀轴矢量变化程度以及切削力方向变化程度,建立神经网络模型model2,实现对输入的刀位文件的刀轴矢量优化。(4)叶片数控加工仿真和实验。利用UG软件的CAM模块生成钛合金叶片的数控加工程序,用VERICUT软件进行加工仿真验证了数控程序的正确性。对叶片精加工阶段的部分刀位轨迹进行了刀轴矢量优化,通过对比精加工之后叶片上经过刀轴矢量优化的区域以及未经过刀轴矢量优化的区域的变形量,验证了本文提出的刀轴矢量规划算法的有效性。