微型涡轮发动机具有重量轻、功率密度大等优点,在航空、航天、兵器、生物医疗等领域具有广泛的应用。微小整体叶轮作为微型发动机的核心零部件,其表面质量和加工精度的优劣会对微型发动机的寿命和使用性能产生重要的影响。目前采用五轴微细铣削的方法是实现微小叶轮的高效、高质量和高精度加工的一种行之有效的方法。但是微小叶轮属于典型的微小复杂零部件,叶片为薄壁结构、叶片扭曲大和叶片长厚比大,并且叶轮流道狭窄,在其加工过程中极易发生颤振、刀具磨损、加工变形、过切和碰撞干涉等问题。因此本文针对微小整体叶轮的结构特点和加工难点,采用理论分析与试验研究相结合的方法,开展了微小整体叶轮五轴微细铣削加工试验研究,主要研究内容如下:(1)开展了微小整体叶轮几何建模与流道粗加工刀路轨迹规划研究。以直径10mm的微小整体叶轮为研究对象,基于SolidWorks三维建模软件对其进行了几何建模。对微小整体叶轮加工刀路轨迹规划进行了理论研究,建立了基于层切法叶轮流道粗加工刀路轨迹生成算法的数学模型,并对叶轮流道粗加工无干涉刀具姿态的计算方法进行了研究。(2)开展了微小整体叶轮轮毂和叶片精加工工艺参数优化试验研究。基于微小整体叶轮的几何结构特征,通过单因素铣削试验研究了工艺参数(每齿进给量、加工行距和主轴转速)对叶轮轮毂和叶片表面粗糙度的影响规律,并对不同工艺参数下轮毂和叶片的表面形貌进行观察分析。通过逆向工程,对叶片曲面进行重构,研究工艺参数对叶片加工误差的影响规律。最后,得到了微小叶轮轮毂和叶片精加工工艺参数的最优组合。(3)开展了微小整体叶轮微细球头铣刀适配性及叶片精加工刀路轨迹试验研究。建立四段式微细球头铣刀的悬臂梁模型,计算微细球头铣刀在静力作用下的变形规律,并研究微细球头铣刀圆柱部分长度和刀颈部分的半锥角对刀具变形量的影响,结合微小整体叶轮的几何特征,选择合适的刀柄长度、圆柱部分长度和刀具的半锥角。在工艺参数优化的基础上,采用三种不同的叶片精加工刀路轨迹对其进行单因素铣削试验研究,分析了不同刀路轨迹对叶片表面粗糙度、加工误差和表面形貌的影响规律,选择出最合适的叶片精加工刀路轨迹。(4)开展了微小整体叶轮的铣削试验研究。对微小整体叶轮的加工工艺进行规划,包括刀具直径的选择以及微小整体叶轮加工工艺路线的确定。基于CAM软件PowerMill生成了叶轮各个阶段加工的刀路轨迹,给出了B-C结构五轴数控机床的后置处理算法,并对微小叶轮的五轴数控加工进行了刀路轨迹铣削仿真。在德玛吉五轴加工中心上实现了直径10mm微小整体叶轮的高质量和高精度加工。在此基础上,对更小尺寸微小整体叶轮的加工进行了探究,最终实现了直径5mm微小整体叶轮的加工。