叶轮零件是机械零件的代表,其中整体式叶轮由于无榫接结构,具有良好的空气动力学、流体力学特性,工作效率高、强度好、刚度大,在国防装备、化工制造及生活日常中被广泛使用。叶轮制造工艺复杂,其工作性能受到加工方法、加工表面质量及加工精度影响较大。传统的叶轮加工常采用球头铣刀点铣加工的方法,加工效率较低,这在一定程度上影响了叶轮的广泛使用。制造加工高质量、高精度、复杂叶形叶轮一直是国内高端数控加工领域的难题。针对上述问题,本文以半开式整体叶轮作为研究对象,从叶轮夹具设计、刀具选取、加工工艺规划、加工过程仿真、误差分析控制等方面对叶轮加工进行深入分析。研究内容如下:一、针对现阶段叶轮夹具功能和结构上的弊端,结合闭式叶轮、半开式叶轮和开式叶轮的形状、结构特点,提出并设计了一种可适应不同叶轮形状和尺寸大小的叶轮自适应夹紧夹具,基于Solid Works软件对其结构进行详细设计。设计的夹具有效解决了传统夹具只能夹持单一种类叶轮的问题。二、在对叶轮夹具工作过程中实际受力分析的基础上,利用Ansys Workbench软件对夹具整体结构和承重机构工字梁结构进行静力分析,分别获得其应力应变云图,结果显示其变形量满足设计要求;随后对夹具的关键零件进行机械强度校核计算,得出其强度、刚度满足设计要求;最后对夹具整体进行模态分析,获得夹具各阶振动频率,结果显示夹具前六阶固有频率与切削刀具的激励频率相差较大,故不会产生共振,从而验证夹具结构设计满足加工动态性能的要求。三、研究了五轴加工中刀具走刀轨迹方法、刀轨行距与走刀步长的计算方法,获得了曲面加工过程中残留高度与走刀行距关系;研究了B-C双摆台机床刀具坐标系与工件坐标系之间的变换原理,通过五轴机床的运动学方程,获得刀轴矢量与两个旋转轴转角的数学关系,为后续加工仿真避免加工干涉及误差改进提供理论依据。四、针对半开式整体叶轮的加工难点和工艺要求,在对叶轮进行加工区域划分的基础上,制定了叶轮叶片及流道面的五轴数控铣削加工工艺流程和刀路路径,选择了合理的刀具、机床,最后生成了整体叶轮的加工工序。五、在Mastercam软件中进行了叶轮加工轨迹编程,并对各个加工步骤的加工参数、刀具类型、加工策略等方面进行了进一步的研究,采用不同的加工参数或不同的加工策略得出的不同加工轨迹和仿真效果进行分析比较的方法,得出最优的加工轨迹,基于Mastercam对改进后获得的加工路径进行了加工仿真,验证了加工工艺和加工轨迹的可行性。六、在对加工方法误差分析的基础上,重点分析了叶轮加工过程中叶片和轮毂面的加工原因,并在理论上提出了误差控制方法。