作为高性能航空发动机的关键结构件,整体叶盘形状十分复杂:其叶片的压力面和吸力面都是自由曲面,而且相邻叶片之间的叶盘通道空间变化显著。同时,整体叶盘材料多为高强度不锈钢、钛合金、高温合金等难切削材料。使得通道粗加工过程中的切削力和切削温度很高,因此,叶盘通道的粗加工应尽可能采用大尺寸刀具以提高刀具刚性、强度和加工效率。然而,受整体叶盘复杂狭窄通道的约束,如何通过精确的理论建模和优化计算来确定加工叶盘通道时无干涉的刀轴方向和最大刀具的尺寸是一个亟待解决的问题。本文针对这一问题,进行了如下研究工作:(1)建立最大刀具优化模型对整体叶盘通道几何特征以及四轴加工时叶盘通道与刀具的加工几何关系进行了分析,建立了基于点约束的理论刀具模型,并利用该模型建立了基于整体叶盘通道约束的最大刀具优化模型,通过求解该模型,可以得到加工叶盘通道某一切触点时与通道不发生干涉的最大刀具尺寸和对应的最优转角。(2)最大刀具优化模型求解算法针对诸如PSO算法等经典优化算法在求解最大刀具优化模型时存在的易收敛于局部最优解、收敛速度慢等问题,通过研究四轴加工过程中,整体叶盘通道两侧叶型曲面对最大刀具尺寸的约束规律,提出基于通道对最大刀具约束规律的线性搜索算法(Linear search algorithm based on the constraint of largest tool on the blisk’s channel,LSA),使得最大刀具优化模型求解的稳定性、可靠性及计算效率大幅提升。(3)多刀具分区域通道粗加工方法基于最大刀具切削的思想,为了最大限度发挥大尺寸刀具的优势,提高叶盘通道粗加工效率,提出多刀具分区域通道粗加工工艺方法。即基于最大刀具尺寸的计算结果,选择若干不同尺寸刀具,并根据刀具选择结果划分通道加工区域,遵循大刀具先加工,小刀具后加工的原则,在不同的区域用不同尺寸的刀具,进行通道粗加工。(4)实验验证通过叶盘通道加工实验验证了最大刀具切削的几何理论和多刀具分区域通道粗加工工艺方法是正确可行的,并验证了采用该方法能有效提升整体叶盘通道粗加工效率。