随着材料科学和加工技术的飞速发展,航空航天制造业广泛采用高速铣削加工整体薄壁结构件,如航空发动机整体叶轮、飞机框架、壁板、翼肋等薄壁件。这些薄壁结构件采用比强度高的难加工材料,在加工过程中,随着材料的去除,刚度降低,由切削力和残余应力引起变形、振动、刀具磨损等问题不仅严重影响了工件的加工精度和表面质量,而且增加了制造成本,薄壁件加工已成为制造业所面对的最突出的问题之一。因此,围绕低刚度零件侧铣加工变形开展研究工作,实现薄壁件侧铣加工变形预测和控制具有重大的理论意义和工程应用价值。本文以低刚度零件侧铣加工过程为研究对象,综合运用金属切削基本理论、自由曲线曲面理论、有限元法及新的数值方法——等几何分析(Isogeometric Analysis,简称IGA),着重解决其中的一些关键技术问题,探索和建立低刚度零件侧铣加工变形预测的新方法,为复杂型面薄壁件加工变形控制提供新的技术支持。　　 一、等几何分析(IGA)理论框架。IGA理论是Thomas J.R.Hughes教授于2005年提出的使用NURBS单元替代传统Lagrange有限单元,应用等参变换的概念进行分析的新计算方法。通过深入探讨NURBS函数、NURBS几何体、细分方法等基础理论,从平面线弹性问题入手,建立了基于IGA理论的分析框架。　　 二、基于未变形切屑NURBS直纹面的铣削力理论模型。通过对经典金属正交切削、斜交切削及铣削力数学模型的深入研究,分析了直线和圆弧两种刀具路径的真实刀刃运动轨迹的切屑厚度,提出了直纹面构建未变形切屑模型思想。首先针对圆柱螺旋铣刀的重要特征曲线——圆柱螺旋曲线,提出了一种满足精度要求的二次NURBS表示及逼近细分算法,然后以刀具-工件接触螺旋曲线以及切屑厚度螺旋曲线构建瞬时未变形切屑的NURBS直纹面模型,并以此为基础,建立了以NURBS切屑直纹面模型为基础的任意加工瞬态铣削力模型,并根据该铣削力模型,提出了铣削力系数标定的新方法。　　 三、圆柱螺旋铣刀变形预测。首先提出由满足精度要求的二次NURBS圆柱螺旋曲线的表示和构造的铣刀截面NURBS曲面模型,建立圆柱螺旋铣刀的NURBS实体三维模型,然后,根据三维实体线弹性理论,完成基于IGA理论的圆柱螺旋铣刀三维的受力变形预测分析。　　 四、加工过程中矩形薄板的NURBS实体三维模型。由于铣削加工过程比较复杂,工件几何形状及刚度随着刀具不断铣削而发生改变的特点,建立以矩形薄板加工过程的动态的几何模型是预测薄板加工变形的基础。建立矩形薄板单层铣削加工的单块NURBS三维模型以及需要多层铣削才能完成加工要求的多块NURBS三维模型,并且研究了多块NURBS三维模型刚度矩阵的计算方法。　　 五、半动态铣削加工过程IGA变形预测模型。研究单次铣削加工单块NURBS薄壁板的加工的过程,通过动态铣削载荷施加、去除材料后工件几何模型更新,建立半动态的铣削加工变形预测模型。通过该预测模型,可以预测薄板加工过程的变形情况,为控制变形提供依据。