一种基于应力敏感性的薄壁零件加工过程优化方法 贾海丽、 熊武、 王爱民、 吴龙、 李倩雄

《Lubricants》：A Stress-Sensitivity-Based Process Optimization Method for Machining Thin-Walled Parts Haili Jia, Wu Xiong, Aimin Wang, Long Wu and Qianxiong Li

　　摘要 薄壁隔板框架部件是航空航天结构中的关键承重组件。加工变形直接影响装配精度和服务可靠性。在铣削过程中，由于材料去除而释放的残余应力是导致薄壁部件变形的主要因素之一。为了解决这个问题，本研究以铝合金薄壁隔板框架部件为研究对象，提出了一种基于应力敏感区域分析的加工精度控制方法。该方法以关键加工精度作为约束条件，引入了应力敏感区域和敏感方向的概念，并建立了残余应力与加工变形的耦合分析模型。在有限元分析平台上将残余应力施加到单元网格中，并在自由状态下释放。定性识别了不同区域残余应力对部件变形的影响，并确定了主导变形方向。基于这些结果，对铣削刀具路径进行了优化，采用策略避免高应力敏感区域或按区域控制残余应力的释放，有效减少了整体加工变形。实验结果表明，与传统的刀具路径相比，优化后的刀具路径显著抑制了部件变形，底部表面的平整度提高了25.33%。所提出的方法为高精度航空航天薄壁部件的加工过程优化提供了一种可行的方法。

1. 引言
随着航空航天和汽车行业对轻量化和高性能结构部件需求的增加，高强度铝合金部件被广泛用于复杂的承重结构中。其中，7075-T7451铝合金具有较高的比强度、良好的耐腐蚀性和优异的热处理强化能力，因此被广泛应用于飞机结构部件和高应力承重组件[1,2,3,4,5]。同时，最近关于7075-T7451铝合金铣削的实验研究进一步证实，切削过程中的热机械耦合会显著影响残余应力状态，从而影响表面完整性和部件性能[6]。然而，在薄壁部件的铣削过程中通常采用整体加工方法，这种方法会导致较大的材料去除率，容易破坏部件原有的内部应力平衡，引入加工引起的残余应力。当加工过程中或后续使用中释放内部残余应力时，部件容易发生变形，这会降低尺寸精度，甚至可能导致部件失效，从而增加制造成本。因此，为了减少残余应力对航空航天薄壁部件加工变形的影响，有必要深入研究残余应力的作用机制，并采取相应的变形控制措施。应精确控制铣削工艺参数以优化残余应力分布，确保加工质量符合设计要求[7,8]。此外，关于变形控制的最新综述强调，基于整体/初始残余应力、工艺参数优化和夹具策略的刀具路径优化是抑制加工部件中残余应力驱动变形的最有前景的措施之一[9]。
现有研究表明，加工引起的表面残余应力的形成机制主要可以分为两种理论框架：机械主导模型和热主导模型。机械主导模型强调切削力在残余应力形成中的主导作用[10,11,12]，认为切削过程中表面层倾向于形成压缩应力，而核心区域形成拉伸应力。相比之下，热主导模型关注切削热的影响，指出由于热膨胀受限，表面层可能形成拉伸应力，而核心区域产生压缩应力[13]。最近关于加工过程中残余应力建模的综述系统总结了分析/数值方法，并进一步指出切削过程中的残余应力通常受塑性变形和热载荷的耦合效应控制，模型选择应与主要载荷源和工艺条件一致[14]。
为了减少残余应力对薄壁部件的影响，许多研究人员进行了相关研究。Jiang等人[15]建立了铣削过程中残余应力叠加的经验模型，定量区分了切削力和切削热对残余应力形成的贡献比例，为残余应力预测模型的发展提供了重要参考。针对特定加工条件，Zheng等人[16]提出了非均匀铣削的概念，并基于弹性理论开发了分析模型，用于预测不对称铣削条件下梁状铝合金部件的残余应力演变和由此产生的加工变形。Zhang等人[17]提出了一种基于铣削薄壁试样变形测量的预测方法，通过计算加工引起的平均残余应力（MIRS）来预测薄壁部件的整体变形，实验误差控制在20%以内。Li等人[18]研究了残余应力引起的航空航天铝合金部件的弯曲变形，建立了半解析解模型，系统分析了残余应力分布和几何参数对变形行为的影响，并通过有限元模拟和切削实验验证了该模型。Chen等人[19]结合灰色关联分析（GRA）、反向传播神经网络（BP）和非支配排序遗传算法（NSGA-III）对镁锂合金铣削过程中影响残余应力的因素进行了多目标优化研究，揭示了切削力和切削温度耦合效应下的典型残余应力分布特征。此外，Chen等人[20]建立了一个考虑初始残余应力影响的加工变形分析预测模型，分析了材料去除过程中的应力重分布和应力平衡的演变及其对部件变形的影响。Zhang等人[21]提出了一种加工过程中的主动控制方法，通过构建内部应力、残余应力和夹紧力之间的平衡方程，实现了薄壁部件加工变形的在线控制。Li等人[22]研究了切削深度对残余应力重分布的影响，结果表明通过适当控制粗加工和精加工阶段的加工引起的残余应力（MIRS），可以有效减少薄壁部件的变形。Wang等人[23]进一步证明，在变形初期初始残余应力（BIRS）起主导作用，随着部件刚度的降低，加工引起的残余应力逐渐成为影响变形的主要因素。这一结论也与最近的高保真度实验分析结果一致，表明航空航天铝板中的固有/初始残余应力可能是高长宽比加工部件变形的关键因素，需要在预测和控制框架中予以明确考虑[24]。
最近的研究进一步加深了对残余应力形成及其对加工变形影响的理解，特别是在复杂铣削场景下。Jiang等人的综述总结了铣削引起的残余应力生成、评估、预测和控制的最新进展，强调了工艺参数、刀具几何形状和冷却条件对薄壁结构中残余应力场和后续部件变形的影响[25]。同时，新的基于有限元的预测模型被提出，通过离散化刀具-工件接触面并捕捉变工况下的区域残余应力分布效应，提高了大中型薄壁部件残余应力和变形预测的准确性[26]。此外，针对框架型薄壁部件的最新研究表明，将初始残余应力和切削力同时纳入有限元模型显著提高了铣削变形预测的准确性，并为通过优化切削路径和去除顺序来最小化变形的工艺规划策略提供了基础。数值和实验研究还强调了工件初始残余应力和刀具路径策略的关键作用，揭示了与特定几何方向对齐的刀具路径可能会通过影响材料去除过程中的应力重分布来加剧或减少最终变形。最近开发的分析模型明确区分了毛坯中的初始残余应力和加工引起的残余应力的贡献，为过程设计中的更有针对性的控制方法提供了更清晰的物理洞察[27]。总体而言，这些研究强调了在预测框架中考虑材料固有应力和工艺诱导应力的重要性，并支持了进行区域残余应力分析以准确控制航空航天薄壁部件变形的必要性。
尽管已经进行了大量关于薄壁部件残余应力和加工变形的研究，但大多数现有方法侧重于全局参数优化或单个加工阶段的控制，针对特定精度要求的区域分析方法仍然缺乏。因此，这些方法在复杂薄壁结构部件的加工中的应用受到限制。基于上述分析，提出了一种基于应力敏感区域分析的薄壁部件加工精度控制方法。该方法以关键加工精度作为约束条件，引入了应力敏感区域和敏感方向的概念，建立了残余应力与变形的耦合分析模型，在有限元分析平台上将残余应力施加到单元网格中并在自由状态下释放，定性识别了不同区域残余应力对部件变形的影响程度，并确定了主导变形方向。在此基础上，对铣削刀具路径进行了优化，通过避免高应力敏感区域或提前释放残余应力来有效控制薄壁部件的加工变形。

2. 薄壁铝合金部件的应力敏感性建模
在开始切削之前，部件的内部残余应力通常处于相对稳定的平衡状态。随着加工的进行，切削层中的材料逐渐被去除，原有的残余应力随之释放，同时在工件表面和次表层产生新的加工引起的残余应力。原有残余应力的释放和新产生的应力的叠加共同破坏了部件的原始应力平衡。为了重新建立新的平衡状态，部件会发生几何变形，导致加工后的尺寸精度可能偏离设计公差要求。基于这一理解，本节首先提出了一种基于应力敏感性分析的加工变形控制方法。其次，使用Python（版本3.12.0）对ABAQUS有限元软件进行了二次开发，简化了建模和分析过程。最后，根据模拟分析获得的定量数据，优化了六隔板框架部件的加工过程。

2.1 应力敏感性分析方法
根据弹塑性力学理论，金属材料可以简化为理想的弹塑性模型。铝合金的应力-应变关系遵循广义胡克定律：
$$\epsilon_{ij} = 1 + \mu_{\epsilon}\epsilon_{ij} - \mu_{\epsilon}\mu_{kk}\lambda_{ij} \quad (1)$$
其中，$\mu_{\epsilon}$和$\epsilon_{\epsilon}$分别表示铝合金材料的泊松比和弹性模量。$\epsilon_{ij}$是应变张量，$\sigma_{ij}$是应力张量，$\lambda_{ij}$是单位对角矩阵，$\sigma_{kk}$是法向应力的总和。
$$\epsilon_{ij} = \begin{bmatrix} \epsilon_{xx} & \epsilon_{xy} & \epsilon_{xz} \\ \epsilon_{yx} & \epsilon_{yy} & \epsilon_{yz} \\ \epsilon_{xz} & \epsilon_{yz} & \epsilon_{zz} \end{bmatrix} \quad (2)$$
$$\sigma_{ij} = \begin{bmatrix} \epsilon_{xx} & \epsilon_{yx} & \epsilon_{xz} \\ \epsilon_{yx} & \epsilon_{yy} & \epsilon_{yz} \\ \epsilon_{xz} & \epsilon_{yz} & \epsilon_{zz} \end{bmatrix} \quad (3)$$
$$\sigma_{kk} = \epsilon_{xx} + \epsilon_{yy} + \epsilon_{xz} \quad (4)$$
$$\lambda_{ij} = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \quad (5)$$
上述分析表明，任何材料微元素在X、Y和Z方向的位移与其应力张量的九个独立分量有关。需要注意的是，不同方向的应力分量对位移方向的影响显著不同，这种差异与应力方向、部件几何形状和约束条件密切相关。从宏观结构的角度来看，即使不同区域的残余应力释放量相同，其对整体变形和关键精度指标的影响也可能存在显著差异。这种差异是由于零件几何形状和刚度分布的不同造成的。基于上述分析，引入了“应力敏感区域”的概念，用于表征不同区域的残余应力释放对特定加工精度的影响程度。设零件的特定加工精度要求为??，并将其作为约束条件。如果某个区域表面或内部存在残余应力，那么这种残余应力的释放将会影响加工精度。相应的影响函数表示为??。??与??之间的关系可以表示为??=???(??, ??, ??, ???????) (6)。当不同区域处于相同的应力状态（即???????保持不变）时，空间坐标(x, y, z)成为决定残余应力释放对精度要求??影响程度的关键因素。那些残余应力释放对??有显著影响的区域被定义为与该精度要求相对应的应力敏感区域。对于一个特定位置（坐标固定为(x, y, z)），影响精度的主导因素是局部应力状态???????。在这种情况下，应力的大小和方向在决定精度方面都起着重要作用。在应力敏感区域内，对精度要求??贡献最大的应力分量方向被定义为该精度的敏感应力方向。

2.2 基于ABAQUS的应力敏感性分析实现
ABAQUS是一款成熟的非线性有限元分析软件，在材料非线性和结构分析方面具有强大的能力。然而，由于其通用性，在需要对特定工程问题进行重复分析时，建模和后处理过程相对复杂。为了提高仿真效率，基于ABAQUS提供的应用程序编程接口进行了二次开发。使用Python实现了图形用户界面（GUI）与求解器内核之间的交互。开发了一个专门用于薄壁零件应力敏感性分析的仿真平台，如图1所示。该平台集成了残余应力加载-释放分析模块，能够定性识别加工应力敏感区域和主导变形方向。然后利用这些结果来指导铣刀路径的后续优化。

2.3 框架型薄壁零件的应力敏感性建模
在航空航天制造领域，薄壁隔板框架零件的加工精度直接关系到飞机机身的结构完整性和使用安全性。这类零件的变形控制一直是航空航天制造技术中的关键挑战。铝合金7075-T7451因其高强度、高韧性和良好的加工性能而被广泛用于航空航天应用中的薄壁承重结构。然而，这种材料在加工过程中容易发生显著变形，而这种变形主要是由于残余应力释放造成的，从而对零件精度产生不利影响。因此，选择了一个具有典型结构特征的薄壁隔板框架零件作为研究对象，并采用了常用的航空航天铝合金7075-T7451进行仿真分析。研究目的是系统地探讨残余应力释放对加工变形的影响。材料性能见表1。

表1 7075-T7451铝合金的机械性能
薄壁隔板框架零件是飞机机身中的关键承重结构，主要分为普通框架和加强框架两种类型。加强框架通常由框架边缘、加强筋和腹板组成，其中框架边缘和加强筋是主要的载荷传递部件，其结构参数直接影响整体机械性能。为了分析残余应力对铣削引起的变形的影响，选取了一个典型的隔板框架零件作为仿真模型。该零件的整体尺寸为147毫米×59毫米×12毫米，如图3所示。

仿真模型的构建过程如下：首先在SolidWorks 2022中创建薄壁隔板框架零件的三维实体模型，然后将其导入ABAQUS，并对关键几何区域进行划分以满足网格划分要求。本研究采用了静态分析方法，采用5毫米的网格尺寸进行离散化。为了确保薄壁区域的计算精度，在厚度方向上布置了三层局部细化的元素，使用了八节点线性六面体元素（C3D8），最终形成了由3636个元素组成的有限元模型。由于仿真仅涉及在自由状态下的残余应力施加和释放过程，模型中没有定义接触相互作用。为了模拟实际加工条件（即工件底部表面使用AB胶粘剂固定在机床工作台上），在底部表面施加了完全固定的边界条件。图4展示了最终的网格配置。

完成插件参数设置后，对六部分隔板框架零件进行了应力敏感性分析。分析中选择底部表面的平整度作为目标精度指标，并为底部表面区域建立了相应的元素集，用于量化不同区域残余应力释放对平整度的影响。激活插件后，根据元素集内的网格编号顺序依次对每个元素施加初始残余应力载荷，残余应力的大小设置为200 MPa，应力方向定义为S11（X方向）。该设置用于模拟X方向残余应力释放对零件整体变形的影响。随后在自由边界条件下求解元素残余应力的释放过程，并计算其对底部表面平整度的影响。所有元素计算完成后，提取出每个元素残余应力释放引起的平整度变化。最后使用MATLAB（版本R2022a）进行统一的数据处理，得到了残余应力-变形分布等高线图，如图5所示。同样，也在S22方向（Y方向）对网格元素施加了200 MPa的初始残余应力，得到了S22方向残余应力对底部表面平整度的影响结果，如图6所示。

如图5所示，S11方向残余拉应力释放对六部分隔板框架零件底部表面平整度的影响在不同位置存在显著差异。在零件的两个长侧边附近观察到明显的变形，S11方向拉应力引起的最大平整度变形主要集中在两个长边的中部区域，而零件的中心区域受S11方向拉应力的影响较小，相应的平整度变形保持在较低水平。这种分布特性与零件的结构特征密切相关，中心区域包含类似加强筋的结构，提供了更高的整体刚性，因此在S11方向残余应力释放过程中表现出更强的抗变形能力。图6显示，S22方向残余应力释放对六部分隔板框架零件底部表面平整度的影响较为显著，该区域底部表面平整度的变化较大。通过比较S11方向和S22方向残余应力下的底部表面平整度等高线图可以看出，S22方向残余应力对平整度的影响更为显著，是导致平整度偏差的主要应力因素。由于加工过程中Z方向的残余应力大小相对较小，其对底部表面平整度的影响有限，因此本研究中未进一步分析Z方向的残余应力。

为了进一步明确不同方向残余应力对底部表面平整度变形的主导效应，并为后续刀具路径优化提供依据，进行了对比分析，比较了同一位置处S11方向和S22方向残余应力释放引起的变形。结果如图7所示，蓝色点表示S11方向残余应力对底部表面平整度影响较大的位置，红色点表示S22方向残余应力在平整度变形中起主导作用的位置。

2.4 基于应力敏感性分析的刀具路径优化
根据图7所示S11方向和S22方向残余应力对底部表面平整度变形的影响分布特征，可以将六部分隔板框架零件的加工区域划分为两个典型的应力敏感区域：一个是S11方向应力主导区域（蓝色点集中），另一个是S22方向应力主导区域（红色点集中）。在S11方向应力主导区域，S11方向的残余拉应力对底部表面平整度变形的影响更为显著，因此在刀具路径设计中优先选择垂直于S11方向的切削方向，以避免沿敏感方向的连续切削，从而减少S11方向残余应力的累积效应。在S22方向应力主导区域，S22方向的残余应力在变形中起主导作用，因此刀具路径应避免与S22方向平行，采用沿短边方向的往复刀具路径，以减少S22方向残余应力的叠加效应并抑制加工变形。基于上述应力敏感性分析得到的六部分隔板框架零件的优化刀具路径方案如图8所示。

3. 实验验证
3.1 实验装置和切削条件
铣削实验在FLM540V垂直精密加工中心进行，X轴、Y轴和Z轴的有效行程分别为400毫米、400毫米和300毫米，主轴最大转速为9000转/分钟。实验中使用了直径为8毫米、螺旋角为35°的三刃硬质合金端铣刀。为了减少夹紧力对薄壁零件加工变形的影响，工件使用AB胶粘剂固定在机床工作台上，这种方法避免了传统机械夹紧方式引入的额外约束应力。本实验重点研究了精加工阶段不同刀具路径对加工引起的残余应力分布和零件变形的影响。为了确保比较的有效性，所有其他加工参数和实验条件都保持不变。加工顺序设置为A–B–E–F–C–D。底部横梁的精加工余量为0.7毫米，侧壁的精加工余量为0.3毫米。主轴转速设定为3500转/分钟，进给速度为300毫米/分钟。实验中使用的材料是预拉伸的7075-T7451铝合金板，其几何尺寸与有限元仿真模型一致，以确保实验结果和数值结果的可比性。图10展示了优化方案的实际加工过程。

3.2 结果与讨论
为了分析不同刀具路径对薄壁零件加工精度的影响，进行了精加工对比实验。使用四种不同刀具路径加工得到的薄壁隔板框架零件如图11所示。加工完成后，将工件从机床上取下并自然老化72小时，以促进加工过程中产生的残余应力的完全释放。老化后，使用德国奥伯科亨ZEISS公司生产的CAPTUM坐标测量机高精度测量了工件的底面平整度。测量时，根据预定义的间距在底面上均匀分布采样点。测量点的分布和测量过程如图12所示。这种方法确保了测量结果的准确性和重复性。

表2总结了在四种不同刀具路径条件下加工的薄壁隔板框架零件的底面平整度测量结果。实验结果表明，与三种传统刀具路径相比，优化刀具路径在底面平整度方面的变形更小。与单向刀具路径相比，底面平整度提高了19.11%；与外侧刀具路径相比，提高了25.33%；与内侧刀具路径相比，提高了11.28%。这些结果清楚地证明了基于应力敏感性分析的加工路径优化方法在抑制薄壁零件变形方面的有效性。

进一步分析实验数据得出以下发现：
(1) 单向刀具路径的变形量为0.0565毫米。这种变形主要是由于单方向连续切削造成的。在单向铣削过程中，刀具始终沿相同的路径方向移动，导致残余应力沿刀具路径方向不断累积。根据图7所示的应力敏感性分布，该刀具路径没有避开S22高敏感性区域，因此加工引起的应力沿切削方向叠加。老化后，应力释放导致明显的变形。此外，单向切削产生的切削力梯度在刀具路径末端引起应力集中，进一步加剧了局部平整度偏差。
(2) 外侧刀具路径的变形最大，最大值为0.0612毫米。这种变形可能是由于刀具从腔体内部向外部区域移动造成的。加工过程中，底部中心区域持续受到压力作用。由于底部厚度仅为2毫米，中心区域的材料反复受压，从而产生压缩残余应力。老化后，这种应力的释放导致底面平整度较差。此外，该刀具路径在加工过程中未能有效避开高应力敏感区域，导致Y方向（S22）的残余应力释放更加明显，进一步引起较大的变形。
(3) 内侧刀具路径的变形量为0.0514毫米。这种现象可能是由于切削力从较硬的侧壁区域传递到较薄的中央区域造成的。边缘产生的压缩残余应力通过材料连续性向中心扩散，有助于避免局部应力集中。此外，刀具在内部铣削过程中从边界向中心移动，切削力主要作用于底部边缘区域。边缘材料受压后，中心区域保持相对自由状态，从而使残余应力分布更加均匀。老化后，引起的变形对底面平整度的影响较小。
(4) 优化刀具路径的变形量最小，为0.0457毫米。其核心优势在于根据应力敏感性分析精确匹配刀具路径方向和应力敏感性特征。具体来说，在S11高敏感性区域采用短边刀具路径以减少X方向的应力累积；在S22主导的变形区域，采用沿长边方向的往复刀具路径以减少Y方向的残余应力叠加。通过这种分区刀具路径策略，切削力的分布更加均匀，使得峰值残余应力比传统刀具路径降低了20%以上。这一结果与有限元仿真分析关于残余应力对变形主导作用的结果完全一致，进一步验证了所提出的应力敏感性模型的预测准确性。

大量研究证实，薄壁零件的加工变形主要是由材料去除过程中残余应力的释放和重新分布引起的，这直接导致最终零件的几何精度不准确。例如，最近的一项研究建立了考虑初始残余应力和切削力的框架型薄壁零件有限元预测模型；作者报告称，同时考虑这两种应力源可以将预测精度提高约6.7%，并且刀具路径模式和去除顺序等因素显著影响变形结果[28,29]。这一发现与本研究中确定的变形机制高度一致，即材料去除引起的残余应力重新分布是控制薄壁零件变形的主要因素。与通常只考虑初始残余应力或切削载荷的传统方法不同，本文提出的基于应力敏感性的刀具路径优化方法明确将残余应力的空间变化纳入加工策略中。因此，在我们的实验中有效抑制了加工变形，底面平整度分别比传统单向、外侧和内侧刀具路径提高了19.11%、25.33%和11.28%。

其他几项近期研究也探讨了加工策略对残余应力演变和变形控制的影响。例如，2024年的一项研究比较了“圣诞树”和混合铣削策略对铝合金薄壁零件的影响，发现加工策略和切削速度的选择可以显著改变加工后的残余应力状态，从而提高尺寸和形状精度[30]。然而，与这些研究相比，本研究有两个关键优势：(1) 刀具路径优化是明确基于残余应力敏感性的空间分布来驱动的，而不仅仅是基于预定义的策略调整；(2) 我们采用了耦合的残余应力-加工变形有限元模型来识别应力敏感区域和主导变形方向，从而更有针对性地调整刀具路径方向以局部抑制变形积累。这种有针对性的优化在控制由方向性残余应力释放引起的变形方面更为有效。先前的研究还表明，不同的加工路径会导致不同的残余应力释放顺序，从而产生不同的变形结果。例如，Liu等人[31]使用包含初始残余应力的三维有限元模型比较了直线、半圆形和轮廓刀具路径下的变形，发现轮廓型路径通常比简单线性路径产生的变形更小。这一观察结果直接支持了我们的实验发现：通过比较传统单向刀具路径、内侧/外侧轮廓刀具路径和提出的分区优化策略，我们证明了使刀具路径方向与应力敏感特征对齐可以更有效地控制方向性残余应力积累。这些结果进一步证实了刀具路径设计不仅影响切削条件，还影响内部应力释放顺序，从而影响最终几何精度。

总之，现有研究一致认为，包括初始残余应力和加工引起的残余应力是薄壁零件加工变形的主要原因之一，并提出了各种变形预测和控制方法。然而，大多数现有方法仅关注变形预测或局部参数优化（例如进给速度、切削深度），而没有充分利用刀具路径规划中残余应力的空间分布特性。相比之下，本研究系统地引入了应力敏感区域和应力敏感方向的概念来指导刀具路径优化，并通过耦合的残余应力-变形有限元建模和实验验证来验证该方法的有效性。所提出的方法在关键精度指标上实现了更显著的变形减少，证明了其在工程应用中的实用性。因此，本研究不仅加深了对刀具路径策略与残余应力释放机制之间相互作用的理解，还为高精度加工薄壁航空航天部件提供了实用有效的途径。

4. 结论
为了解决铣削过程中残余应力释放引起的铝合金薄壁隔板框架零件变形问题，本研究以加工精度控制为核心目标，提出了一种基于应力敏感性分析的加工过程优化方法。通过数值模拟和实验验证，系统地验证了其有效性。主要结论如下：
(1) 建立了一种应力敏感性分析方法，用于评估不同区域残余应力释放对薄壁框架零件加工精度的影响。有限元结果显示，即使在相同的应力幅度下，不同空间区域的残余应力释放也会产生显著不同的变形响应。
(2) 不同方向上的残余应力成分对底面平整度的影响不等。对于所研究的框架型薄壁零件，S22方向的残余应力对平整度变形的影响比S11方向更大，而S33方向的应力影响相对较小。
(3) 根据识别的应力敏感区域和主导应力方向，开发了一种区域导向的刀具路径优化策略。该策略避免了沿应力敏感方向的连续切削，减少了加工过程中的方向性残余应力积累。
(4) 铣削实验表明，优化刀具路径有效抑制了薄壁零件的加工变形。与传统单向、外侧和内侧刀具路径相比，优化刀具路径分别使底面平整度偏差降低了19.11%、25.33%和11.28%。
(5) 通过使用Python对ABAQUS进行二次开发，实现了应力敏感性分析和刀具路径优化过程，实现了自动化的残余应力加载-释放分析，提高了复杂薄壁结构变形评估的效率和一致性。

总之，本研究提出的基于应力敏感性分析的加工过程优化方法为航空航天薄壁零件的加工变形精细控制提供了新的技术途径，对提高高精度和复杂薄壁结构零件的制造质量具有重要的工程应用价值。