叶轮是透平机械的核心部件。透平机械主要应用在涡轮式航空发电机，空气压缩机以及风力发电机等方面。叶轮加工质量的优劣对透平机械的性能有着决定性的影响，透平机械又决定着整个机械的运行效率和可靠性。然而叶轮却是整个机械中最难加工的零件，通常透平机械中的叶轮为整体叶轮，而其叶片的形状又是机械中最难加工的自由曲面构成的。因此，整体叶轮的加工工艺一直是机械加工中长期困扰工程技术人员的难题。

在传统工艺中，叶轮加工也尝试了各种的工艺方法，由最初的铸造成型后修光，到后来的石蜡精密铸造，还有电火花加工等方法。其中，也有的厂家利用三坐标仿形铣。但是这些工艺方法不是加工效率低下，就是精度或产品机械性能不佳。直到数控加工技术，尤其是五轴数控加工应用到叶轮的加工中，这些问题才得到了有效的解决。在现代数控加工工艺中，由于数控机床具有四轴联动或五轴联动的功能，则利用它进行叶轮加工时，既可以保证刀具的球头部分对工件进行准确地切削，又可以利用其转动轴工作使刀具的刀体或刀杆部分避让开工件其它部分，避免发生干涉或过切。在采用了数控加工工艺后，既提高了叶片加工的加工精度，又提高了叶片的生产效率，还减轻了劳动强度，改善了劳动条件。

曲面根据形成原理可以分为直纹曲面和非直纹曲面。直纹面又可分为可展直纹面和非可展直纹面，对于可展直纹面，完全可以使用非数控机床进行加工。而对于非可展直纹面和自由曲面（非直纹曲面）叶片的整体叶轮来说，则必须用四轴以上联动的数控机床才能准确地将其加工出来。按叶轮的曲面形状的不同，在数控机床上加工叶轮采用了两类方法：点铣法和侧铣法。第一类是点铣法，即用球头刀按叶片的流线方向逐行走刀（加工一个叶片一般需50~200次走刀），逐渐加工出叶片曲面。这种方法在自由曲面型叶片上普遍采用，在一小部分直母线型叶片上也采用。第二类是侧铣法。即用圆柱铣刀或圆锥铣刀的侧刃铣削叶片曲面，它主要用于直母线型叶轮的加工上。这种铣削方法比采用点铣法能显著改善叶片的表面粗糙度以及显著提高叶片的加工效率。

整体叶轮加工的工艺过程：（1）在锻压件毛坯体上车削加工出回转体的基本形状；（2）气流通道的开槽加工；（3）气流通道的扩槽加工；（4）叶片的精加工。其中叶片精加工不仅关系到叶片的加工质量，从而影响叶轮的力学性能，而且该工序刀具轨迹的生成与刀位计算是扩槽加工与开槽加工刀具轨迹生成的基础。

本课题主要研究在叶片侧铣加工刀轨生成算法，课题具体研究内容选择一典型叶轮叶片，分析其几何形状，设计叶片侧铣加工刀具轨迹生成算法，然后基于Siemens NX系统的二次开发工具实现刀具轨迹算法的仿真。课题的重点在于刀轨的生成算法和算法的实现和仿真。

文献[1]基于侧铣加工几何模型分析了棒铣刀加工非可展直纹面误差的产生原因。在研究了两点偏置法和三点偏置法的基础上,提出了一种动点滑动并寻求最优的刀轴矢量计算方法。

文献[2]针对圆锥刀侧铣加工整体叶轮叶片曲面中复杂的刀轴轨迹规划问题,提出一种可行的刀轴轨迹生成方法。实例计算表明,刀轴优化后的包络误差显著降低,验证了所提方法的有效性。

文献[3]提出了加工非可展直纹面刀轴矢量的解析解法,给出了解析解法的加工误差,并将其与"R偏置法"的误差进行了比较。计算结果证明,该方法减小了理论误差。通过数控加工试验验证了所提出方法的正确性。加工结果表明,加工误差在允许加工误差范围内,叶轮加工表面质量好。

文献[4]对叶轮的点铣、侧铣、插铣加工进行对比分析,并对刀具轨迹规划中的碰撞干涉进行了分析,综述了近年来叶轮五坐标数控加工领域刀具轨迹规划的研究进展和现状,认为叶轮五坐标数控加工刀具轨迹规划的研究应从整体角度出发,且应充分考虑机床的运动学和动力学特性以实现五坐标机床的高速和高效运行。

文献[5]试验在UG NX 8.0环境下进行整体叶轮的刀轨规划,并在UG Post Builder模块中设置专用的后处理器以生成NC代码。研究结果为合理规划整体叶轮加工工艺,提高叶轮的加工效率和加工精度提供了实际参考。