铝合金易变形结构件因具有重量轻、耐蚀耐热、比强度高等优点,被广泛应用于车辆、航空航天、兵器等众多工业领域。但这类零件同时具有壁薄、刚性差、外形尺寸大、结构复杂等特点;另一方面为了减轻重量,提高系统的结构强度和使用性能,又尽可能地向轻量化、小型化方向发展,因此在实际加工过程中,易产生加工变形,从而难以保证加工精度及产品质量。本文通过理论分析、仿真计算与试验研究相结合的方法,基于金属切削原理,对铝合金易变形结构件铣削加工变形理论及预测相关技术进行了较为深入的研究。本文主要研究内容与创新性成果如下:1.建立了装夹应力、铣削机械应力及铣削热应力等多因素耦合作用下的工件铣削加工变形理论模型。基于赫兹理论,建立了工件-定位元件接触模型,基于最小余能原理及拉格朗日能量法,建立了工件-装夹系统静力及动力学数学模型。基于热源法,分析了铣削加工非稳态热传导问题,建立了铣削传热学简化模型。基于柔性多体动力学有限元分析方法,综合考虑了装夹、铣削力及铣削热对加工变形的影响,建立了易变形结构件铣削加工变形预测理论模型。为进一步研究易变形结构件铣削加工变形仿真预测模型提供了理论依据。2.建立了易变形结构件动态装夹系统铣削加工变形数值仿真模型。采用弹簧-阻尼单元、单元删除等有限元建模技术,对铣削加工过程进行简化,获得了工件由夹紧力引起的变形和铣削加工变形,分析了阻尼对有限元模型分析结果的影响。进行了铣削加工试验,采用电涡流传感器对监测点进行了实时在线加工变形测量,测量结果与预测结果具有较好的一致性。揭示了装夹布局对加工变形的影响,研究发现,主基准面上的定位元件的位置所组成的三角形越接近正三角形,加工误差越小。3.建立了铝合金易变形结构件铣削加工温度-变形场数值仿真模型。基于完全耦合有限元分析方法,将切削热源看作面热源,对仿真模型施加热载荷,获得了铣削温度场云图及监测点温升曲线。由计算结果发现,切削温度主要集中在工件被加工区域;相比无热载荷模型分析结果,工件内应力明显增加;z轴位置相同处的点的温升曲线趋势一致;由于热膨胀效应,工件壁厚越薄,热应力引起的加工变形越大,到一定值时反而变小。以铝合金6061材料易变形简化结构工件为例,进行了铣削加工温度测量试验,采用铂热电阻传感器对铣削加工区域某监测点进行了实时测量,试验结果与有限元仿真计算结果趋势大体一致,说明有限元模型的有效性。4.开发了铝合金易变形结构件加工变形仿真预测关键技术。对发动机凸轮轴框架的配合面精铣加工变形进行了预测研究。采用Python语言通过脚本接口,综合ABAQUS/CAE、INP文件及Python语言建模各自的优势,定制开发了铝合金易变形结构件加工变形仿真预测关键技术。应用计算机图形学中的射线法对刀齿与工件是否接触进行了判断;对端铣铣削力进行了预测并将铣削力载荷向有限元单元上的节点进行了转化。以铝合金6061材料凸轮轴框架配合面端铣加工为例,进行了仿真预测及试验研究,试验值与预测值具有较好一致性,验证了仿真预测关键技术的可靠性。易变形结构加工变形有限元预测技术模块化的构建,实现了有限元建模及分析处理的快速完成,大大提高了计算效率。