钛合金曲面薄壁件以其诸多优异性能被广泛应用于现代航空航天、能源等领域,需满足复杂的工作条件和较高的使用性能,由于壁厚小、刚性差、钛合金材料难加工等特性导致加工制造困难,加工质量和加工效率难以得到保证,限制了其在相关领域中的应用。因此钛合金曲面薄壁件的铣削加工研究是一项至关重要的挑战。优化切削工艺参数、降低切削力、减弱铣削过程中薄壁曲面工件的颤振和刀具的让刀情况,对提高钛合金薄壁件加工制造的经济性和实用性具有重要的意义。本文针对超声振动铣削钛合金曲面薄壁件切削力特性进行了理论、仿真和实验研究。研究二维椭圆振动铣削运动学特性,分析了超声振动加工在铣刀侧刃微元切削过程中切削力降低的理论实现方式;建立了纵扭复合超声振动辅助铣削切削刃运动轨迹模型,求解加工过程中的特征点,占空比和影响刀具切削状态的主轴转速;提出了超声振动铣削力模型中降低铣削力的概念参数,并在后续的研究中进一步探究其随切削用量改变的变化趋势。运用有限元切削仿真技术,建立二维椭圆振动切削钛合金仿真模型和三维纵扭复合超声振动铣削钛合金薄壁件铣削仿真模型。有限元仿真模拟验证了超声振动辅助切削钛合金过程中减小切削力理论和工件与刀具切削分离的现象。进一步研究分析了超声振动加工中超声参数和切削参数对切削力的耦合影响以及其降低比率的变化趋势。搭建超声振动铣削实验平台,进行了超声振动铣削钛合金曲面薄壁件试验并分析。半精加工中的正交试验和单因素试验结果表明:与普通铣削相对比,随着径向切深的增大,其超声振动铣削产生的平均铣削力降低比率将会下降;随着主轴转速的提升,其平均铣削力降低比率会在临近发生回转切削的极限转速内的高转速下达到最高,同时也验证了理论分析和有限元切削仿真中获得的相关结论。利用半精加工实验的分析结论对精加工的切削参数进行优化和指导。最后,加工工件的表面特征检测结果表明铣削力变化特性与加工效果具有一致性,从而验证超声振动铣削中铣削力特性研究的准确性。