高精度薄壁件广泛应用于各种高科技领域,如宇航航空领域、造船潜艇领域等,其典型应用有发动机叶片、螺旋桨、发动机机匣等。随着近几年我国深空深海探索的兴起以及机械加工技术的不断发展,高精度复杂薄壁件得到越来越多的应用,对其尺寸精度的要求也越来越高。但由于此类零件刚度低易变形的特点,在铣削加工中很小的力和热都会导致其产生相对较大的让刀变形从而影响工件的尺寸精度,这一点在小尺寸的薄壁零件加工中体现的尤为明显,不仅极大的限制了高精度薄壁件的进一步应用,更推高了加工成本。因此,对铣削过程中产生的铣削力和铣削热及其对薄壁件尺寸精度的影响进行研究、控制,对提高我国制造技术发展水平具有十分重要的现实意义和经济价值。本文基于铣削机理,综合考虑铣削过程中的剪切与犁切双重机制建立了铣削力模型。首先将立铣刀沿轴线方向微分成片状微元,建立微元铣削力模型,再将切削微元的铣削力在接触区域内沿切削刃进行积分,从而得出一条刀刃上的铣削力公式。由于铣刀刃周期性地切削工件,因而刀具的整体铣削力信号也是周期性的。考虑到傅里叶级数在频域研究领域的有效性与方便性,将总的铣削力转换成傅里叶级数形式,从而建立起傅里叶形式的铣削力模型。为进一步提高模型的实用性,更加贴近实际生产,本文对铣削力模型中的刀具切入角、切出角以及刀刃上任意位置的切削厚度等重要参数进行了推导计算,分别建立了单一曲线轨迹(直线、圆弧、任意曲线)和复合轨迹(折线、直线与圆相切、圆与圆相)下铣削力的表达式,从而为模型的广泛应用提供了理论依据。同时结合铣削加工周期性切削的特点,对切削加工中移动热源的建立方法进行修正,建立了螺旋立铣刀铣削加工的工件温度预测模型,结合上文的铣削力模型,为建立铣削力和铣削热共同作用下薄壁件的变形模型打下了基础。为验证铣削力模型和铣削热模型的正确与否,设计了加工验证进行实验。首先根据第二章建立的铣削力数学表达式,结合加工参数及实验中测出的铣削力,回归出铣削力系数,从而求得铣削力清晰表达式。编制MATLAB程序,并计算模拟出一定铣削参数条件下的铣削力与铣削热,分别与相同条件下测力仪测得的铣削力与红外热像仪测得的温度做比,发现二者吻合良好,从而验证了建立的铣削力与铣削热模型。将上述模型预测出的铣削力和铣削热通过ANSYS施加到一定形状的薄壁件上,计算出工件的让刀变形从而为离线补偿提供依据。考虑到ANSYS经典操作界面费时费力,大大限制了补偿模型的实际应用性,本章主要介绍通过ANSYS命令流——APDL语言进行模型建立、网格划分与变形计算的方法,在不影响计算精度的情况下大大缩短了计算时间,提高了模型的实际应用性。最后进行了薄壁工件侧铣补偿实验。在给定加工参数情况下,结合之前建立的铣削力模型和铣削热数学模型及APDL工件变形预测模型,计算出薄壁件的理论变形量。同时将刀杆视为悬臂梁,计算铣削力作用下刀杆变形,综合分析工件变形和刀具变形从而为刀具路径优化与误差补偿提供理论依并进行补偿加工实验。通过对比补偿前后工件的尺寸误差和表面微观形貌,证明了文中建立的铣削力和铣削热模型的有效性以及提出的变形补偿策略的实用性。