科学技术的不断创新促进了制造业产业结构升级,国家的现代化建设对机械零件与加工工艺提出更高的要求。因此,迫切需要性能优良的材料与精密高效的加工技术来满足机械加工制造业的发展要求。高强度铝合金凭借其密度小、韧性高、抗腐蚀性和导热性优良等综合性能。广泛的应用在各工业生产领域。但切削这类材料的过程中会形成较大的切削力,良好的塑性与韧性以及粘附特性导致切削过程中容易在刀刃上产生积屑瘤。这些因素会对工件表面质量和刀具的使用寿命产生不良影响。本文运用超声振动切削(ultrasonic vibration turning简称UAT)基本原理,借助数值模拟方法从切削力、切削温度等诸多方面研究7050系高强度铝合金超声振动切削加工性能。并进一步运用田口实验设计理论对超声振动车削铝合金的工艺参数进行优化。具体内容与结论如下:(1)超声振动切削工艺的理论分析。阐述了超声振动切削过程中刀具与工件的基本运动原理,分析了振动切削中刀具与工件的运动学作用关系,重点阐述了“刀具-工件接触率”的理论,并探究了刀具的振动参数与切削速度对刀具-工件接触率的重要影响。结果证明:为了有效地降低刀具与工件接触率,应该在适当的范围内采用较大的振动频率或振幅,或者降低切削速度。(2)高强度铝合金Al7050-T7451超声振动车削有限元模型的建立。从有限元建模基本思路出发,结合超声振动切削基本原理,借助专用切削仿真软件Advant Edge,通过合理定义材料参数,建立高强度铝合金超声振动切削有限元模型。(3)超声振动切削有限元仿真分析。基于超声振动切削有限元模型,首先将超声振动切削与普通切削过程中切削区域的Mises应力分布的特征进行对比,从微观的角度揭示刀具与工件作用机理的差异性。其次,对比研究了超声振动切削与传统切削过程的瞬时切削力的特征,揭示了超声振动切削“以振抑振”的切削性能,说明超声振动切削工艺可以有效提升加工过程的动态稳定性。最后,使用单因素实验法,分别研究了UAT过程中切削力随振动频率、振幅以及切削速度的变化规律。(4)超声振动车削实验研究。为了验证有限元模型的可靠性,开展超声振动车削实验研究。完成实验平台的总体设计,并合理选择传感器和实验装置搭建超声振动切削实验平台,组织切削实验,通过将切削力的仿真结果与实验结果的对比进行有限元模型的验证。(5)高强度铝合金超声振动切削参数的优化研究。运用田口实验设计理论研究了Al7050-T7451超声振动辅助车削过程中振动参数与切削用量对切削力的影响规律,并通过望小特性信噪比确定了最优参数的组合。最后,运用主效应迭加方法对田口实验设计模型进行预测与验证。本课题丰富了超声振动车削工艺的研究及应用。为高强度铝合金的精密高效切削提供了新思路。对进一步拓展超声振动切削技术具有重要意义。