现代航空发动机结构复杂,构成零部件较多,叶片属于其中的一类关键零件。为了满足零件的气动力学性能要求,叶片的内、背弧面均设计为复杂空间曲面,同时叶片加工表面质量要求高,尤其是表面粗糙度和表面层残余应力均有严格指标,以满足抗疲劳和抗耐腐蚀性能要求。钛合金具有高强度、良好的耐腐蚀性和耐高温性能,满足了航空叶片的工作环境对其材料性能的要求,是典型的航空发动机叶片常用材料,但也属于常见的难加工材料。国内叶片加工企业在加工钛合金叶片时往往以牺牲生产效率来换取高加工精度和表面质量,导致生产成本居高不下,给企业发展和国际竞争带来障碍。叶片铣削加工工艺水平落后,大量依赖进口刀具,导致企业生产成本过高、利润低下,在国际竞争中处于被动地位,成为制约我国叶片加工制造领域的关键技术瓶颈之一。针对上述问题,本文以RR84K钛合金航空叶片的数控铣削加工工艺过程为研究对象,从叶片型面铣削工艺优化的角度开展了以下研究工作:首先通过钛合金叶片模锻毛坯材料的基础试验,得到了材料的元素组成、硬度、金相信息;通过材料拉伸试验、摩擦学特性试验和霍普金森压杆试验,得到了材料的强度、弹性模量、摩擦系数、J-C本构方程等关键属性,为钛合金切削有限元仿真提供了关键的数据支持,为叶片型面铣削加工刀具和工艺参数的优化提供重要依据。建立了叶片型面加工刀具三维模型,根据实际生产参数,使用有限元仿真软件对叶片型面粗铣和精铣过程进行了切削过程仿真,得到了切削力和切削温度的仿真数据,为叶片型面加工刀具的切削性能评价提供参考依据;建立了叶片型面精铣密齿刀具行距间及进给方向残留高度的数学模型,并对残留高度进行了计算和预测,对叶片精铣刀具的结构优化设计和叶片型面精铣工艺参数优化具有指导作用;介绍了叶片铣削加工工艺系统的模态测试的流程,利用相关软硬件,获得了工艺系统的稳定域Lobes图,为叶片型面铣削参数优化及刀具的加工参数匹配提供指导。对产线叶片型面粗铣刀具进行了切削性能评价,并对其进行了优化选型,新型刀片拥有更高的使用寿命和加工效率;对原用12齿型面精铣加工刀具进行了优化设计,提出了新型16齿刀具的设计方案,对两种刀具的切削性能进行了对比,提出了16齿刀具进一步的完善方案,新型16齿国产刀具能够在保证加工质量和效率的前提下降低刀具成本。通过试验研究了每齿进给量和切削速度对密齿刀具钛合金铣削过程的影响,得出的结论可以作为叶片加工工艺参数优化的参考;结合生产实际提出了叶片型面粗铣余量预测方法,在此基础上运用Production Module工艺仿真与优化软件对型面粗铣工艺进行了变进给优化,该方法能提高刀具寿命、改善加工效率,具有实际应用价值,从加工参数方面实现了对叶片加工工艺的优化;对新型叶片型面粗铣刀具与16齿精铣刀具开展了产线应用验证,证明了新型刀具在多方面具有优势,具有实际生产应用价值,实现了从刀具角度对叶片加工工艺的优化,实现了降本增效的目标。