叶轮做为具有代表性的雕塑曲面类零件,在国防和能源等领域有着较为普遍的利用。五轴数控加工具有比三轴数控加工无可比拟的好处,因此常作为自由曲面类零件的加工的首选。但因为五轴比三轴多出两个旋转轴,致使刀具姿态更加难以控制。同时,刀具姿态的剧烈变化会造成过切与欠切,影响加工质量与精度。因此,本文主要针对刀轴矢量整体优化方法进行研究。在分析整体叶轮的几何特性基础之上,进行相关工艺分析,制定了工艺流程。为评价刀具路径的好坏,研究并建立刀具路径优劣评价指标。在分析与评价的基础之上,对整体叶轮刀具路径进行规划。传统的可达方向锥的计算只考虑了避免局部干涉或者全局干涉,本文针对叶轮加工可达方向锥的计算方法进行了研究,实现了基于机床结构约束的刀具可达方向锥的计算。通过在满足机床结构约束条件下进行刀具姿态可达性的判断,实现了刀具可达方向锥的计算。刀具姿态的整体光顺是叶轮加工中的关键问题。本文结合刀具姿态变换度量指标,给出了刀具姿态的优化目标。通过建立有约束的单源有向图模型,将优化目标的求解问题转化为求解该模型最短路径问题。利用最短路径求解算法对该模型进行求解,实现了刀具姿态的整体光顺。基于以上研究,本文以VS2010为平台,并利用VERICUT软件,对叶轮加工刀具路径优化方法进行了系统实现及应用。证实了本文研究的叶轮加工刀具路径优化方法的适用性。