● 摘要
钛合金弱刚性整体结构件凭借其优良的综合力学性能，在航空领域中应用广泛，但该类零件在传统铣削加工过程中，存在切削力大、零件精度低、加工效率低等问题，针对这些问题，提出了超声振动铣削的方法对钛合金弱刚性结构件进行加工。
首先，结合有限元仿真技术对钛合金弱刚性件在铣削过程中让刀变形的现象进行了分析；其次，对超声纵向振动铣削及超声椭圆振动铣削这两种常用振动形式的超声铣削方法的刀尖运动轨迹进行了分析，并建立了刀尖运动轨迹方程。在此基础上对两种超声振动铣削方式提高钛合金弱刚性试验件形位精度的特性进行了分析，超声纵向振动铣削可以实现切削刃角度的动态变化，以提高切削性能，超声椭圆振动铣削时，切削刃具有超声频分离切削及高切削线速度的特性，使其切削能力大幅提升。
利用自行研制的超声振动铣削刀柄对钛合金腹板、立筋试验件进行普通—超声纵向/椭圆振动铣削对比实验，对超声振动铣削的切削特性进行了验证，并对切削深度及进给速度对切削效果的影响规律进行了探究。实验结果表明，超声椭圆振动铣削降低切削力及提高钛合金弱刚性件形位精度的能力要显著优于超声纵向振动铣削。
在铣削实验的基础上，对不同铣削方式得到的表面微观形貌进行了观察，并对其形成机理进行了分析揭示。通过比较铣削表面粗糙度，对超声振动铣削改善钛合金弱刚性件表面质量的能力进行了研究。分析结果表明，超声椭圆振动铣削在小切深、低进给的铣削条件下可在一定程度上改善钛合金腹板试验件的表面质量；超声纵向振动铣削在实验所选取的参数条件下不具有改善腹板试验件表面质量的特性。在实验所取铣削条件下，超声纵向振动铣削及超声椭圆振动铣削均可实现钛合金立筋试验件表面质量的改善，后者改善钛合金弱刚性件表面质量的能力要由于前者。