轴流式整体叶轮是透平发动机的核心组件，广泛应用于航空航天领域。由于其复杂曲面特征及叶片薄壁结构，利用机械加工技术高效快速的获得良好加工质量的轴流式整体叶轮一直是机械加工领域的研究重点。而且使用钛合金制造的整体叶轮，由于钛合金材料特性，其高强度加工难度大，加工稳定性要求高也是亟待解决的加工难题。本文首先对运用NURBS反算方法进行整体叶轮叶片造型，并在UG软件中完成了整体叶轮建模。其次，对轴流式整体叶轮模型特点进行工艺分析，找到整体叶轮的加工难点，并提出了刀具选择原则，设计了整体叶轮的专用夹具。再次，针对工艺分析后指出的加工难点，进行了加工方案设计，提出了针对性的加工方法。粗加工选用插铣加工方法，针对插铣加工“一横一纵”的加工特点，以及通用软件的现状，提出了利用最小面积运算法对插铣多轴加工区域进行划分、及插铣刀轴的设定方法。通过对多轴精加工中的走刀行距，走刀步长的运算，以及刀轴控制方法，对整体叶轮的精加工进行优化，减少加工误差对加工质量的影响，避免了加工过程中由于刀具与叶片干涉碰撞产生的加工错误。然后，为提高钛合金的加工稳定性，针对航空航天常用牌号钛合金TC4的薄壁件进行了加工稳定性试验。分析了机床主轴转速，进给速度，切深，切宽等工艺参数对钛合金薄壁件切削力的影响，提出优化方案。最后，对多轴加工中心的坐标系进行分析计算，利用VERICUT加工仿真软件建立加工中心模型，设置与实际加工相仿的加工环境，对加工优化方案进行加工仿真。在加工仿真后，对整体叶轮进行实际加工，并且成功加工整体叶轮叶片实体，验证了优化方案。