离心叶轮作为航空发动机中的核心部件,其加工质量影响其使用寿命和机械性能。由于叶片曲面的复杂性,在五轴数控加工过程中刀具易产生干涉、碰撞等现象,导致加工后的零件存在几何编程误差、零件变形误差等问题,因此如何建立合理的无碰撞、少误差的刀具路径是实现离心叶轮五轴数控高效高精加工的关键。为此,本文综合考虑五轴数控加工中刀具干涉和加工变形对误差的影响,运用多轴数控加工理论、刀具包络面理论、误差补偿原理、数值模拟技术等理论方法和技术手段,探究了叶片变形误差与刀具运动干涉误差耦合作用下的分布规律。具体研究工作如下:1)叶轮三维模型的建立及刀具轨迹规划研究。采用NURBS拟合数据样点建立复杂不可展直纹面叶片,利用UG软件建立了离心叶轮三维模型,结合叶轮的几何结构和五轴侧铣加工叶轮叶片的工艺方法,规划出无碰撞的加工区域,并通过等距偏置法计算了锥刀初始刀轴矢量,并对叶轮流道刀心点坐标和走刀步长进行了计算,建立了合理的刀位轨迹。2)刀具空间运动包络曲面和理论设计曲面间的误差分布研究。研究了五轴数控机床运动机构,分析了机床对刀轴运动的的控制过程,利用单参数可变半径球族包络原理建立锥刀回转面,并结合矢量算法推导出锥刀在空间运动所形成的包络曲面,最后计算刀具运动包络面与理论设计曲面间的误差值。3)叶轮叶片五轴侧铣加工变形研究。利用本课题组建立的铣削力经验预测模型,运用AdvantEdge PM对铣削力结果进行验证。利用ANSYS软件将铣削力导入,建立叶轮叶片五轴侧铣加工变形的有限元模型,探究了铣削过程中叶轮叶片的加工变形分布规律。4)加工干涉误差与加工变形耦合分析及其仿真验证。在3)的基础上利用最小二乘法建立了变形补偿曲面,针对补偿面根据包络理论建立了刀具运动包络面,分析刀具包络面与补偿曲面间误差值分布,并通过刀轴多点刀位优化算法对刀轨进行了优化,针对五轴数控机床C30推导出后置处理算法,并基于VERICUT软件进行了铣削模拟仿真,通过铣削实验验证了刀轨和后置处理算法的正确性。之后通过三坐标测量仪测量了叶片的加工误差。综上,本文的研究为进一步减小叶轮叶片五轴数控侧铣加工误差提供了有效解决方案,为优化完善离心叶轮五轴数控加工工艺奠定了理论基础。