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薄壁内腔类零件具有重量轻、比强度高的特点,应用十分广泛。为了提高结构的可靠性和工作性能,这类零件通常采用整体式结构设计,如航空发动机中涡轮盘、压气机盘等核心零部件。通过采用整体结构设计可以使发动机重量减轻,大大提高发动机的稳定性和安全性。然而,由于零件的结构复杂、刚性低,车削这类零件的内腔结构是一个挑战性的问题,只能采用非标准的弯板刀具进行加工。内腔结构的深度最深可深达150mm,弯板刀具车削加工过程中悬伸量大,且结构复杂,所面临的挑战是刀具产生严重的偏转和振动。为了实现薄壁内腔类零件高质量和高精度的加工要求,本文基于Timoshenko梁理论、空间刚体方法和Hamilton理论探索考虑弯扭组合变形效应弯板刀具的振动响应,分析弯板刀具的车削稳定性和加工后的工件表面形貌,并且对切削参数进行优选和弯板刀具进行结构优化设计。首先,建立考虑弯扭组合变形效应的弯板刀具动力学模型。基于弯板刀具的弯板复杂结构,利用Timoshenko梁理论、空间刚体方法和Hamilton理论等理论知识建立弯板刀具的动力学模型;从而研究弯板刀具的静态特性、模态特性和动态响应。通过仿真和设计实验验证弯板刀具的模态特性和振动响应。然后,通过建立弯板刀具车削加工动力学模型,预测弯板刀具车削加工过程中的稳定性。基于弯板刀具的动力学模型,利用DQM法获得考虑弯扭组合变形效应的弯板刀具车削稳定性叶瓣图。最后通过设计一系列的车削实验验证弯板刀具车削稳定性预测模型的正确性。同时,利用弯板刀具切削刃运动轨迹,建立考虑刀具偏移的弯板刀具车削加工三维表面形貌的预测模型。通过观察分析弯板刀具车削加工实验后工件的表面形貌验证弯板刀具车削表面形貌预测模型的正确性。最后,基于弯板刀具车削稳定性预测模型绘制出的稳定性叶瓣图和弯板刀具车削表面形貌预测模型,对切削参数和弯板刀具的圆形刀片半径进行参数优选。同时,基于弯板刀具动态特性的研究结果,对弯板刀具的刀板结构进行改进,研究结果表明:结构改进后的弯板刀具车削加工过程中刀具振动减小,车削稳定性提高,加工后工件的表面质量也得到了提高。