由于体积小、重量轻等诸多优点,钛合金整体叶轮被广泛应在飞机环控系统离心通风机等透平机械上,其直径一般在150 mm左右,在沙尘、高温和高压等极端环境下工作,对加工质量提出了十分严苛的要求,且钛合金为典型难加工材料,加工过程刀具磨损严重、加工效率低以及加工精度不易保证。针对以上问题,本文围绕整体叶轮铣削参数优化,进行了以下研究工作:研究了数控铣削加工过程物理仿真中最重要的物理量:铣削力,针对整体叶轮铣削加工中用到的刀具,分别建立圆柱螺旋立铣刀和球头铣刀的铣削力模型,并通过切削试验得到的铣削力数据,进行切削力系数辨识,与试验数据对比分析,验证了模型的准确性。既为后续粗加工铣削参数优化提供重要约束条件,也是精加工铣削参数优化的优化目标。基于刀具-机床系统模态试验分析和铣削过程动力学模型,对铣削稳定性进行预测。针对两种刀具分别和机床组成的工艺系统,使用零阶频域法绘制稳定性叶瓣图,结合铣削动力学模型和动态铣削力模型进行时域仿真,并阐述了如何根据xy平面铣削力和刀尖位移仿真结果预测铣削系统的稳定性,既验证了稳定性叶瓣图的准确性,为进一步优化切削用量提供重要依据。切削参数优化,首先进行工件和刀具几何建模,基于布尔操作完成加工过程几何仿真,至此,结合几何仿真和物理仿真,建立虚拟加工系统,并据此开展基于材料去除率和切削负载的钛合金整体叶轮数控铣削加工参数优化,为提高整体叶轮加工效率,改进叶片表面加工质量提供了重要基础。具体来说,粗加工阶段基于粒子群优化算法,以最大化材料去除率为优化目标,考虑切削负载约束,优化进给速度和主轴转速;精加工阶段基于进给速度迭代优化算法,以切削负载均衡为优化目标,考虑颤振稳定性,优化进给速度。开展钛合金整体叶轮加工试验,使用经过虚拟加工系统优化后的数控代码,完成了钛合金整体叶轮试件加工,测量已加工叶片表面质量和记录割刀工序加工时间,结果表明表面质量满足设计公差要求、加工效率提升10.2%,验证了基于虚拟加工仿真系统的铣削参数优化结果的准确性和可靠性。至此,完成了离心通风机钛合金整体叶轮高效铣削工艺研究。