作为飞机的心脏——航空发动机是一个国家的战略产业,离心叶轮叶片作为航空发动机的关键零部件,其加工精度和表面质量直接决定了航空发动机的性能。目前,我国虽能研发出如“太行”涡扇发动机产品,但国产航空发动机性能远落后于美、俄、英、法研发的成熟产品,究其原因除了因研发经费投入严重不足外,主要是离心叶轮叶片的制造工艺水平仍十分落后,表现为缺乏长期数据和经验积累,数控编程仅基于几何刀轨规划,没有充分考虑加工变形、切削参数对加工精度和表面质量的综合影响。如何优化离心叶轮叶片的数控加工工艺,实现离心叶轮叶片高效、高质加工是目前我国航空发动机产品研发的一项重要课题。因此,迫切亟待深入开展离心叶轮叶片五轴数控铣削过程物理仿真与实验研究,以提出离心叶轮叶片数控加工工艺优化方案。为此,本文利用切削基本理论、有限元数值模拟技术、多轴数控加工技术、UG及其开发工具等手段,探索离心叶轮叶片五轴数控铣削过程物理仿真技术,揭示加工变形与切削参数的关系,建立工艺优化策略,具体研究工作如下:1)综述了切削加工过程物理仿真、铣削力建模和离心叶轮叶片加工工艺规划与优化的研究现状,分析了复杂薄壁曲面加工物理仿真及加工质量控制等技术的发展趋势。2)建立了锥形螺旋球头铣刀侧铣力模型。在分析锥形螺旋球头铣刀几何结构特点及其侧铣加工机理的基础上,利用切削原理、切削力学等理论和方法,建立了锥形螺旋球头铣刀侧铣力模型,并通过正交切削实验求解铣削力模型系数对模型进行完善,进行预测铣削力和实测铣削力进行比较,表明建立的锥形螺旋球头铣刀侧铣力模型正确,奠定了后续研究基础。3)开展了离心叶轮叶片五轴数控铣削过程物理仿真。基于专用有限元切削仿真软件AdvantEdge和通用有限元软件ANSYS实现了离心叶轮叶片五轴数控铣削过程物理仿真和加工变形仿真。4)基于以上研究,建立了离心叶轮叶片五轴数控铣削工艺优化策略。一是提出了基于加工变形模拟值修正刀轴矢量的刀轨优化策略,同时提出了通过调整不同切削区域的主轴转速来改善加工表面质量的优化策略。最后,通过有限元物理仿真验证了优化策略的正确、有效性。综上,本文的研究为离心叶轮叶片五轴数控铣削工艺保证高效、高质加工提供了有效解决方案,为拓展切削物理仿真技术在复杂曲面加工中的应用奠定了理论基础。