铝合金整体结构件广泛应用于航天航空、军事、现代制造等领域,如某些大型装备的传动箱体、飞机上的框架等。但是,由于整体结构件结构复杂、刚性差、加工过程中材料的去除率大等原因,加工工程中往往会产生变形。研究表明,引起工件加工变形的主要因素较多,其中包括工件结构特征、切削力、残余应力和夹紧力等。本文以某大型整体结构件传动箱体(材料为ZL101A铝合金)加工过程存在的变形问题为研究对象,运用有限元分析与实验研究相结合的方法,针对箱体的结构特征,通过研究铣削力、残余应力和夹紧力的变化及影响规律,对箱体的加工进行优化,主要研究内容如下:(1)以静态拉伸和动态压缩实验为依据,构建了ZL101A铝合金材料的本构模型,通过正交切削实验及有限元仿真进行对比,验证了本构模型的准确性。(2)采用单因素实验法对铣削力进行研究,分析了加工参数(转速、进给量、轴向切深)对铣削力的影响规律。结果表明随着转速的增加,铣削力呈现先增大后减小的趋势,而随着进给量和切削深度的增加,切削力都会增加;以影响加工变形最大的切向力和径向力的合力作为响应值,进行中心组合实验,结果表明影响铣削力的因素从大到小顺序为切削深度、进给量及转速,同时建立了铣削力的二次多元回归数学模型。(3)应用有限元软件ABAQUS建立了三维切削仿真模型,分析了加工参数对残余应力的影响规律。通过实验表明,该铝合金在铣削加工后的表面残余应力表现为残余压应力,随着深度的增加,残余压应力逐渐变成残余拉应力;以表面最大残余压应力值作为响应值,进行中心组合试验,结果表明影响残余压应力值最显著的加工参数是切削深度及进给量,转速的影响较小,同时建立铣削残余应力的二次多元回归数学模型;以最小铣削力和残余应力为优化目标优化了加工参数,再以最大材料去除率筛选出最优加工参数。(4)根据理论计算获得了该工件在精加工阶段所需要的夹紧力;通过有限元软件ABAQUS,进行了箱体夹紧点静力学分析,得出了最佳夹紧位置;并以该夹紧状态为基础,对该结构件进行了模态分析和动力响应分析,获得了该结构件的固有频率,为实际加工提供理论指导。