镍基高温合金能在高温氧化气氛及燃气腐蚀条件下工作,可承受复杂应力,是现代航空发动机、发电汽轮机中叶轮叶片类零件不可缺少的材料。由于镍基高温合金的强度高,塑性大,导热系数低,加工表面硬化显著、切削力大、刀具磨损快,属难加工材料,所以镍基高温合金材料加工效率低,产品表面质量和精度不稳定。除了镍基高温合金材料难加工之外,镍基高温合金薄壁零件材料去除率大,又属于复杂曲面,薄壁且曲率变化剧烈,刀具走刀方向不断发生转向,极易引起刀轴振动,在零件加工表面产生竖纹或过切现象。如复杂薄壁零件叶片的表面微形貌及纹理对整个叶片的动力传递效率起着决定性的作用,从而严重影响叶片使用性能,致使叶片报废。因此,本文以镍基高温合金复杂薄壁零件数控加工为背景,通过理论分析、切削试验,揭示高速加工镍基高温合金复杂薄壁零件的相关加工机理及切削稳定性相关技术,解决航空航天行业复杂薄壁零件切削加工的共性基础科学问题,为镍基高温合金零件的高效加工及减少刀具磨损提供有力的技术支持,为镍基高温合金叶片类零件稳定性加工提供较为准确的理论依据。针对锯齿形切屑对切削过程的影响,进行镍基高温合金铣削实验,探讨不同切削参数下锯齿形切屑形成规律,揭示绝热剪切现象。通过光学显微镜观察切屑组织,得到绝热剪切带内材料组织形态的演变过程,提出锯齿形切屑形成由形变带锯齿形切屑-转变带锯齿形切屑一系列转变。最后研究切削参数对锯齿形切屑几何特征的影响规律,为切削条件的选择提供理论依据。针对镍基高温合金薄壁零件材料去除率大,刀具使用寿命与加工效率之间的矛盾,开展高速铣削镍基高温合金刀具磨损规律的研究。通过铣削实验获得切削速度对刀具磨损影响较大,随着切削速度的提高,前刀面磨损形式为多种磨损机制共同作用,后刀面磨损主要为沟槽磨损,并且切屑毛边对刀具的冲击造成沟槽磨损加剧。结合仿真结果提出加工表面硬化也会对刀具的沟槽磨损产生影响。上述工作为铣削镍基高温合金材料时减少刀具磨损、提高刀具使用寿命提供理论依据。针对镍基高温合金复杂薄壁零件加工插补算法中设计曲线与刀具运动扫描体包络面之间存在误差,如在叶片叶缘处,存在刀具路径转接问题,将四元数法引入到五轴加工的刀具运动设计中,建立四元数节点光顺法,优化刀具运动路径,结合POWERMILL软件提供的曲面投影加工方式,采用驱动曲面方式规划叶片精加工刀具路径轨迹,改善叶片叶缘的过切现象,提高复杂曲面铣削的加工精度。针对镍基高温合金薄壁零件侧铣过程中的切削振动问题,进行了切削力预报及切削动力学研究。在镍基高温合金薄壁零件加工过程中考虑其动态特性的时变性,建立侧铣加工时滞动力学模型,提出辐角稳定性判别法,实际加工效果表明,采用此方法获得的稳定切削参数域具有一定的实用性,并与传统二维Lobe图稳定性判别法相比较,一致性好,并且简单实用,易于工程化。通过综合考虑镍基高温合金复杂薄壁零件的制造关键问题,采用理论分析、切削仿真和切削试验相结合的方法,在镍基高温合金复杂薄壁零件加工切屑形成特征、刀具磨损机理、刀具运动设计及稳定性极限预测方面进行研究。研究可为镍基高温合金复杂薄壁零件的切削加工技术推广及应用提供理论依据和技术支撑。