1.1目的与意义

压气机是航空发动机的核心部件之一，而整体叶轮是航空压气机的关键零部件，其质量直接影响发动机的机械效率和空气动力性能。随着航空工业和国防工业的发展，整体叶轮的需求量日益增大。^[1]整体叶轮的结构复杂，叶片薄且扭曲比较大，加工时容易产生干涉，其数控加工技术一直是制造行业的难点。主要体现在以下5个方面：一是叶面形状复杂，具体表现在叶面扭曲大，且为自由曲面；二是加工效率低，切除量超过 90%，流道粗加工用时较长；三是变形严重，具体表现在残余应力导致叶盘的的变形大；四是加工精度难以保证，具体表现在叶片薄且刀具伸出量长，加工过程中容易产生弹性变形；五是切削加工复杂，毛坯的金属性能的均匀性保证困难，材料难加工、加工过程中极易产生粘刀和冷作硬化，对刀具和切削参数选择要求高。整体叶轮各曲面的加工方法、加工精度和加工表面质量对其性能参数都有很大影响。^[2]另外，为满足日益增长的需求量，整体叶轮的加工效率也要提高，所以对整体叶轮进行刀具轨迹规划研究具有重要的现实意义。

利用软件对整体叶轮的整个加工过程进行虚拟编程，完成刀路轨迹的规划，通过后置处理得到加工的NC文件，为叶轮的现场加工提供程序依据；通过VERICUT仿真软件，我们可以发现并提前处理加工中可能出现的问题，如：过切、干涉和碰撞等。^[3]丰富了整体叶轮的加工案例情况，对整体叶轮加工的研究工作提供了理论依据，有很大的理论意义。

通过UG和VERICUT软件对整体叶轮的仿真加工，可以大大减少现实中重复工作所耗费的时间，提高工作效率，并减少现场加工中的不必要损耗，提高工作安全系数。^[4]

1.2国内外研究现状

目前整体叶轮加工一般采用铸造、电火花加工、电解加工及数控铣削加工等方法。其中五轴数控加工以其灵活 、高效 、零件表面质量高和生产周期短等优点而成为整体叶轮加工常用的方法。^[5]近年来，欧美日等工业发达国家的五轴数控机床技术迅速发展，英国罗罗（ROLLS ROYCE）、法国达索（DASSAULT）和斯奈克玛（SNECMA）等公司与其他研究单位合作研究复杂曲面的轴数控加工技术，该技术可广泛应用于航空发动机的叶片及整体叶轮的研制和生产，大大减少具磨损，提高工件的加工表面质量，缩短整个产品的生产周期，代表着当今世界整体叶轮五轴数控加工技术的最高水平。^[6]国外一些大型数控机床公司研发了叶轮加工专用数控机床，如瑞士的Starrag Heckert公司和意大利的C. B. Ferrari公司。^[7]

与工业发达国家相比，我国数控加工起步较晚，自主生产的数控系统技术比较薄弱，五轴数控机床性能相对落后，数控加工技术水平存在差距，且先进数控机床的引进受到工业发达国家的严格限制和封锁。近年来，我国机床行业实现了高速发展，机床的精度逐步提高。目前，国内叶轮制造企业和科研单位通常采用五轴数控加工技术，并结合UG、MASTERCAM、CIMATRON等通用CAD/CAM软件，实现整体叶轮的加工和生产。