CN107570768B - 开式整体叶盘通道多刀具分区域粗加工工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种开式整体叶盘多刀具分区域粗加工工艺方法，该方法首先计算得出的最大适用刀具尺寸，选用多把不同尺寸刀具，将叶盘通道划分为多个加工区域，每个区域使用尽可能大的刀具进行粗加工，去除尽量多的材料，可以有效提高开式整体叶盘通道粗加工效率。本发明在不同的加工区域尽可能使用大尺寸刀具进行加工，由于在通道粗加工中大尺寸刀具无论是加工效率还是刚性均优于小尺寸的刀具，并且能够去除超过80％的粗加工余量；另外20％的整体叶盘粗加工余量通过小刀具分层侧铣来完成，工件通过一次装夹即可完成所有的数控铣削加工工艺，提高了开式整体叶盘通道粗加工的效率。

Description

开式整体叶盘通道多刀具分区域粗加工工艺方法

技术领域

本发明属于航空发动机整体叶盘制造的技术领域，涉及到航空发动机整体叶盘通道加工方法，具体为开式整体叶盘通道多刀具分区域粗加工工艺方法。

背景技术

开式整体叶盘是现代航空发动机的重要组成部分。与传统的叶片和轮毂装配叶盘结构相比，其将发动机转子叶片和轮盘形成一体，省去了传统连接中的榫头、榫槽及锁紧装置等，减少了结构重量及零件数量，避免榫头气流损失，提高了气动效率，使发动机工作寿命和安全可靠性大大提高，结构大为简化。但由于其结构复杂：叶片薄、扭曲大、通道窄、深且开敞性差，加工精度要求高，尤其是叶片型面为复杂的空间自由曲面。使得对整体叶盘的制造技术要求极高，国内研究最多、应用最广泛的加工方法是多轴数控铣削加工方法。

开式整体叶盘锻造毛坯一般为矮圆柱状，材料多为钛合金、高温合金等难加工材料。从毛坯到成型的加工过程去除的材料约占毛坯的60％-90％以上，其中绝大部分是在叶盘通道粗加工过程中完成的。因此，实现通道高效粗加工，对缩短整体叶盘制造周期及降低加工成本具有重要意义，同时也有利于后续叶片型面及轮毂表面的半精加工和精加工。

现有的通道粗加工方法主要有分层侧铣和插铣，无论是采用分层侧铣，还是插铣，都有一个共同的问题，即刀具选取通常靠经验判断，而且为了保证加工过程无干涉，往往选用的刀具尺寸都比较保守。由于材料去除量大，小尺寸刀具的刚性较差且排屑困难，同时整体叶盘材料多为难加工材料，导致刀具磨损也较为严重。所以，研究一种应用于开式整体叶盘通道粗加工的新工艺方法，用以提高叶盘通道的加工效率，降低制造成本，具有非常重要的意义。

加工一个去除量为565808mm³的开式整体叶盘，工业界常用的加工方法是采用分层侧铣工艺方法，层间距为0.57mm，共切削80层，选用2把刀具，使用Φ12R1的牛鼻铣刀加工通道上半部分，使用Φ8R1的牛鼻铣刀加工通道下半部分。该工艺方法完成叶盘通道粗加工需要14.95小时。

发明内容

要解决的技术问题

从切削加工的原理来看，大尺寸的刀具相较于小刀具而言具有很多优点：刀具的刚性和强度好，能以更大的切深和更高的进给速度去除材料，刀具后刀面磨损相对较慢，被加工零件的表面光洁度高。为了克服现有开式整体叶盘通道粗加工方法效率低、刀具刚性不足的缺点，本发明提供了一种开式整体叶盘多刀具分区域粗加工工艺方法。该方法首先计算得出的最大适用刀具尺寸，选用多把不同尺寸刀具，将叶盘通道划分为多个加工区域，每个区域使用尽可能大的刀具进行粗加工，去除尽量多的材料，可以有效提高开式整体叶盘通道粗加工效率。

技术方案

所述一种开式整体叶盘通道多刀具分区域粗加工工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：对开式整体叶盘上待加工的叶片进行等参数化处理，得到沿流道方向和积叠轴方向的若干切触点，对于每个切触点P_CC(i,j)，通过以下步骤，得到对应的最优刀具转角B_O(i,j)和最大适用刀具半径r_L(i,j)，其中(i,j)为切触点P_CC(i,j)的参数化序号；根据所有切触点对应的最大适用刀具半径r_L(i,j)的范围，选择若干加工刀具；

步骤1.1：建立加工坐标系以及刀具几何模型，并确定刀具参数：

所述加工坐标系为CS_M(O_M-x_M-y_M-z_M)，其中加工坐标系固定在工作台上；加工坐标系的y_M轴为工作台的自身旋转轴，Z_M轴平行与四轴数控加工平台的刀轴方向；当待加工整体叶盘装夹在工作台上时，待加工整体叶盘的回转轴线与y_M轴重合；

所述刀具几何模型由参数r、r_c以及H确定，其中表示刀具锥度，r表示刀具半径，r_c表示圆角半径，H表示刀具刃长；r_c和H为预先确定变量，r为优化变量；

步骤1.2：在某一给定的刀具转角B条件下，通过以下步骤确定刀具切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，所述刀具转角B为整体叶盘绕y_M轴的转角：

步骤1.2.1：在加工坐标系中，根据被加工曲面S₀上的切触点P_CC坐标[x_CC,y_CC,z_CC]^T，切触点P_CC处的单位法矢量n＝[n_x,n_y,n_z]^T，以及检查点P的坐标[x,y,z]^T，通过公式

计算得到参数Δx，Δy，Δz以及λ；其中检查点P位于被加工曲面S₀或者检查面S_i上，且P≠P_CC；所述检查面为加工过程中构成叶盘通道的若干约束面，且不包括被加工曲面S₀；

步骤1.2.2：根据步骤1.2.1得到的参数Δx，Δy，Δz以及λ，分以下四种情况分别计算得到检查点P对应的适用刀具半径r(P,B)：

情况1：Δz≥H-r_c：

若不等式成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式

成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

其余条件下，

情况2：

若不等式成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

其余条件下，

情况3：

若不等式Δx²+Δy²+Δz²≤r_c ²成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式

均成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

其余条件下，

情况4：Δz＜-r_c：

刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

步骤1.2.3：对于被加工曲面S₀或检查面S_i上的所有检测点P，分别代入步骤1.2.1和1.2.2，得到每个检测点对应的适用刀具半径r(P,B)，然后取其中的最小值minr(P,B)为在转角B条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；

步骤1.3：采用二分法计算切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的最优刀具转角B_O和最大适用刀具半径r_L：

步骤1.3.1：确定刀具转角的初始左右边界B_L和B_R，以及工作台旋转轴的定位精度B_P；

步骤1.3.2：根据步骤1.2中的方法，分别计算r_M0(B_L)、r_Mi(B_L)，以及r_M0(B_R)、r_Mi(B_R)；其中r_M0(B_L)表示刀具转角为B_L，检查点处于待加工曲面S₀上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，r_Mi(B_L)表示刀具转角为B_L，检查点处于检查面S_i上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；r_M0(B_R)表示刀具转角为B_R，检查点处于待加工曲面S₀上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，r_Mi(B_R)表示刀具转角为B_R，检查点处于检查面S_i上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；

步骤1.3.3：取B_L和B_R的二分中点计算r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)；

步骤1.3.4：若|B_L-B_R|≤B_P成立，则取B_M为最优刀具转角B_O，以及取r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)的最小值作为最大适用刀具半径r_L；否则判断r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)的大小关系，若r_M0(B_M)＜r_Mi(B_M)则令B_R＝B_M，否则令B_L＝B_M，返回步骤1.3.2；

步骤2：根据步骤1选择的加工刀具的刀具参数，以及步骤1得到的每个切触点P_CC(i,j)最大适用刀具半径r_L(i,j)，确定每把加工刀具的加工区域：

若r_L(i,j)≥r₁，则该切触点P_CC(i,j)用1号刀具加工，所述1号刀具指步骤1中选择的加工刀具中刀具半径r最大的刀具；

若r_k≤r_L(i,j)＜r_k-1,(k＝2,3,…,K)，则该切触点P_CC(i,j)用k号刀具加工，其中K为步骤1中选择的加工刀具数量；

对所有切触点P_CC(i,j)均进行如上判断，得到每把加工刀具的加工区域；

步骤3：通过以下步骤生成刀具轨迹：

步骤3.1：根据切触点在加工坐标系中的坐标，以及切触点对应的加工刀具参数，计算切触点对应的刀位点：

P_CL(i,j)＝P_CC(i,j)+n·r_c+n_T·r_k+n_c·r_c

其中P_CL(i,j)＝[x_CL,y_CL,z_CL]^T为刀位点，P_CC(i,j)＝[x_CC,y_CC,z_CC]^T为切触点，n＝[n_x,n_y,n_z]^T为切触点P_CC(i,j)处的单位法矢，n_c＝[0,0,-1]^T；

步骤3.2：沿叶片积叠轴方向分层，将沿叶片积叠轴方向分割的切削层按由叶尖到叶根的顺序排序，用L_n表示，n＝1,2,…,Ln，其中层数Ln按下式计算：

h表示叶片沿积叠轴方向的高度，Ap表示轴向切深；

步骤3.3：确定每把加工刀具的加工轨迹：对于第k号刀具，确定加工轨迹的过程为：

遍历所有切削层L_n，在每一切削层上，沿叶盘流道方向从前缘到后缘逐个检查刀位点P_CL(i,j)：

1)若该点不可用k号刀具加工，则检查下一个刀位点；

2)若该点可用k号刀具加工，则将该刀位点P_CL(i,j)添加到加工路径中，并进行如下判断：

(1)、若该刀位点P_CL(i,j)为本切削层首点，则生成一个位于安全平面上的进刀点，并将进刀点添加到加工路径中，且置于该刀位点前；

(2)、若该刀位点P_CL(i,j)为连续刀位点的首点，且前一点为已加工点，则取前一刀位点P_CL(i-1,j)为进刀点，并将进刀点添加到加工路径中，且置于该刀位点前；所述连续刀位点指连续若干个刀位点均为可用k号刀具加工的刀位点；

(3)、若该刀位点P_CL(i,j)是本切削层末点或连续刀位点的末点，则生成一个位于安全平面上的退刀点，并将退刀点添加到加工路径中，且置于该刀位点后；

(4)、若该刀位点P_CL(i,j)是连续刀位点的首点，且前一点为未加工点，则沿叶盘流道方向从后缘到前缘逐个检查刀位点P_CL(i,j)；检测方式与从前缘到后缘的检查方式相同；

步骤4：根据步骤3生成的刀具轨迹，采用从通道外侧进刀，先使用直径最大的刀具以分层铣削的方式完成对应加工区域的粗加工，然后换刀，使用下一把直径较大的刀具完成相应区域的加工，直至最后一把最小的刀具完成通道的粗加工。

有益效果

本发明采用多刀具分区域粗加工工艺方法，在不同的加工区域尽可能使用大尺寸刀具进行加工。由于在通道粗加工中大尺寸刀具无论是加工效率还是刚性均优于小尺寸的刀具，并且能够去除超过80％的粗加工余量；另外20％的整体叶盘粗加工余量通过小刀具分层侧铣来完成，工件通过一次装夹即可完成所有的数控铣削加工工艺，提高了开式整体叶盘通道粗加工的效率。以材料去除量为565808mm³的开式整体叶盘粗加工为例，用时由背景技术的14.95小时降低为8.29小时。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为待加工的整体叶盘模型。

图2为所用刀具参数化模型。

图3为整体叶盘压力面计算结果。

图4为整体叶盘吸力面计算结果。

图5为加工区域划分结果。

图6为吸力面及压力面上的切削段刀轨。

图7为2号刀具切削压力面的刀具轨迹。

图8为通道粗加工Vericut仿真结果1。

图9为通道粗加工Vericut仿真结果2。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例中的开式整体叶盘通道多刀具分区域粗加工工艺方法包括以下步骤：

步骤1：对开式整体叶盘上待加工的叶片进行等参数化处理，得到沿流道方向和积叠轴方向的若干切触点，对于每个切触点P_CC(i,j)，通过以下步骤，得到对应的最优刀具转角B_O(i,j)和最大适用刀具半径r_L(i,j)，其中(i,j)为切触点P_CC(i,j)的参数化序号；根据所有切触点对应的最大适用刀具半径r_L(i,j)的范围，选择若干加工刀具。

整体叶盘由叶片和轮毂组成，叶片包括压力面、吸力面，以及前后缘构成。需要加工的通道由压力面、吸力面和轮毂包围而成。如图1所示为本实施例要加工的整体叶盘模型，叶盘轮毂直径为88mm，轴向厚度35mm，叶片沿积叠轴方向高度h＝46mm。如图2所示为刀具的参数化模型，表示刀具锥度，r表示刀具半径，r_c表示刀具圆角半径。

在叶片上按照等参数分布，计算获得了71×81(流道方向×积叠轴方向)个刀触点。针对每一个刀触点P_CC，通过以下方法分别计算压力面和吸力面的最大适用刀具半径r_L以及对应的最优刀具转角B_O，计算时设置刀具锥度圆角半径r_c＝1mm。

步骤1.1：建立加工坐标系以及刀具几何模型，并确定刀具参数：

所述加工坐标系为CS_M(O_M-x_M-y_M-z_M)，其中加工坐标系固定在工作台上；加工坐标系的y_M轴为工作台的自身旋转轴，Z_M轴平行与四轴数控加工平台的刀轴方向；当待加工整体叶盘装夹在工作台上时，待加工整体叶盘的回转轴线与y_M轴重合；

所述刀具几何模型由参数r、r_c以及H确定，其中表示刀具锥度，r表示刀具半径，r_c表示圆角半径，H表示刀具刃长；r_c和H为预先确定变量，r为优化变量；

步骤1.2：在某一给定的刀具转角B条件下，通过以下步骤确定刀具切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，所述刀具转角B为整体叶盘绕y_M轴的转角：

步骤1.2.1：在加工坐标系中，根据被加工曲面S₀上的切触点P_CC坐标[x_CC,y_CC,z_CC]^T，切触点P_CC处的单位法矢量n＝[n_x,n_y,n_z]^T，以及检查点P的坐标[x,y,z]^T，通过公式

计算得到参数Δx，Δy，Δz以及λ；其中检查点P位于被加工曲面S₀或者检查面S_i上，且P≠P_CC；所述检查面为加工过程中构成叶盘通道的若干约束面，且不包括被加工曲面S₀；

步骤1.2.2：根据步骤1.2.1得到的参数Δx，Δy，Δz以及λ，分以下四种情况分别计算得到检查点P对应的适用刀具半径r(P,B)：

情况1：Δz≥H-r_c：

若不等式成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式

成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

其余条件下，

情况2：

若不等式成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

其余条件下，

情况3：

若不等式Δx²+Δy²+Δz²≤r_c ²成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式

均成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

其余条件下，

情况4：Δz＜-r_c：

刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

步骤1.2.3：对于被加工曲面S₀或检查面S_i上的所有检测点P，分别代入步骤1.2.1和1.2.2，得到每个检测点对应的适用刀具半径r(P,B)，然后取其中的最小值minr(P,B)为在转角B条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；

步骤1.3：采用二分法计算切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的最优刀具转角B_O和最大适用刀具半径r_L：

步骤1.3.1：确定刀具转角的初始左右边界B_L和B_R，以及工作台旋转轴的定位精度B_P；

步骤1.3.2：根据步骤1.2中的方法，分别计算r_M0(B_L)、r_Mi(B_L)，以及r_M0(B_R)、r_Mi(B_R)；其中r_M0(B_L)表示刀具转角为B_L，检查点处于待加工曲面S₀上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，r_Mi(B_L)表示刀具转角为B_L，检查点处于检查面S_i上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；r_M0(B_R)表示刀具转角为B_R，检查点处于待加工曲面S₀上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，r_Mi(B_R)表示刀具转角为B_R，检查点处于检查面S_i上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；

步骤1.3.3：取B_L和B_R的二分中点计算r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)；

步骤1.3.4：若|B_L-B_R|≤B_P成立，则取B_M为最优刀具转角B_O，以及取r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)的最小值作为最大适用刀具半径r_L；否则判断r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)的大小关系，若r_M0(B_M)＜r_Mi(B_M)则令B_R＝B_M，否则令B_L＝B_M，返回步骤1.3.2。

计算结果如图3、图4所示。综合吸力面和压力面的计算结果，所有刀触点中最大适用刀具半径最大值max(r_L)＝16.97mm，最大适用刀具半径最小值min(r_L)＝3.21mm。根据计算结果按照尺寸由大到小选择了六把直柄圆角铣刀，刀具参数如表格1所示。

表1所选用的刀具

步骤2：针对每把刀具，分别计算压力面的可加工区域，以及吸力面的可加工区域。区域划分原则：对每一个切触点，判断切削该点时与通道无干涉的刀具，同时刀具尺寸要尽可能大。

根据步骤1选择的加工刀具的刀具参数，以及步骤1得到的每个切触点P_CC(i,j)最大适用刀具半径r_L(i,j)，确定每把加工刀具的加工区域：

若r_L(i,j)≥r₁，则该切触点P_CC(i,j)用1号刀具加工，所述1号刀具指步骤1中选择的加工刀具中刀具半径r最大的刀具；

若r_k≤r_L(i,j)＜r_k-1,(k＝2,3,…,K)，则该切触点P_CC(i,j)用k号刀具加工，其中K为步骤1中选择的加工刀具数量；

对所有切触点P_CC(i,j)均进行如上判断，得到每把加工刀具的加工区域，如图5所示。

步骤3：通过以下步骤生成刀具轨迹；本发明的所采用的加工策略为多刀具分区域分层铣削，且大刀具先切削，小刀具后切削。

步骤3.1：根据切触点在加工坐标系中的坐标，以及切触点对应的加工刀具参数，计算切触点对应的刀位点：

P_CL(i,j)＝P_CC(i,j)+n·r_c+n_T·r_k+n_c·r_c

其中P_CL(i,j)＝[x_CL,y_CL,z_CL]^T为刀位点，P_CC(i,j)＝[x_CC,y_CC,z_CC]^T为切触点，n＝[n_x,n_y,n_z]^T为切触点P_CC(i,j)处的单位法矢，n_c＝[0,0,-1]^T；

步骤3.2：沿叶片积叠轴方向分层，将沿叶片积叠轴方向分割的切削层按由叶尖到叶根的顺序排序，用L_n表示，n＝1,2,…,Ln，其中层数Ln按下式计算：

h表示叶片沿积叠轴方向的高度，Ap表示轴向切深；

步骤3.3：确定每把加工刀具的加工轨迹：对于第k号刀具，确定加工轨迹的过程为：

遍历所有切削层L_n，在每一切削层上，沿叶盘流道方向从前缘到后缘逐个检查刀位点P_CL(i,j)：

1)若该点不可用k号刀具加工，则检查下一个刀位点；

2)若该点可用k号刀具加工，则将该刀位点P_CL(i,j)添加到加工路径中，并进行如下判断：

(1)、若该刀位点P_CL(i,j)为本切削层首点，则生成一个位于安全平面上的进刀点，并将进刀点添加到加工路径中，且置于该刀位点前；

(2)、若该刀位点P_CL(i,j)为连续刀位点的首点，且前一点为已加工点，则取前一刀位点P_CL(i-1,j)为进刀点，并将进刀点添加到加工路径中，且置于该刀位点前；所述连续刀位点指连续若干个刀位点均为可用k号刀具加工的刀位点；

(3)、若该刀位点P_CL(i,j)是本切削层末点或连续刀位点的末点，则生成一个位于安全平面上的退刀点，并将退刀点添加到加工路径中，且置于该刀位点后；

(4)、若该刀位点P_CL(i,j)是连续刀位点的首点，且前一点为未加工点，则沿叶盘流道方向从后缘到前缘逐个检查刀位点P_CL(i,j)；检测方式与从前缘到后缘的检查方式相同。

本实施例采用多刀具分区域分层铣削方法进行叶盘通道粗加工，层间距设定为0.57mm，共切削80层，生成的切削压力面和切削吸力面的切削段刀具轨迹如图6所示。如图7所示为2号刀具切削压力面时的刀具轨迹，包含了进刀段、切削段和退刀段(为了表示清晰，每隔一个切削层显示一段刀轨)。

步骤4：根据步骤3生成的刀具轨迹，采用从叶盘毛坯上侧或下侧进刀，先使用直径最大的刀具以分层铣削的方式完成对应加工区域的粗加工，然后换刀，使用下一把直径较大的刀具完成相应区域的加工，直至最后一把最小的刀具完成通道的粗加工。对每把刀具要加工的区域，先完成压力面的加工，再进行吸力面的加工。各刀具对应加工区域面积比例及其去除的通道材料体积如下表所示。

表2各刀具切削区域面积及去除材料体积

从上表可以看出，前4把刀具去除的材料体积达到了通道体积的88.2％。

如图8和图9所示为在Vericut中仿真每把刀具加工后的通道形貌。A区域为Cutter1加工后的通道；B区域为Cutter1和Cutter2加工后的通道；C区域为Cutter1、Cutter2和Cutter3加工后的通道；D区域为Cutter1、Cutter2、Cutter3和Cutter4加工后的通道；E区域为Cutter1、Cutter2、Cutter3、Cutter4和Cutter5加工后的通道；F区域为所有6把刀具加工完成后的通道。

申请人采用本发明所述的工艺方法，用选定的6把刀具及生成的刀具路径，在一台4轴数控铣床加工该叶盘，加工效率与背景技术相比，提高了44.5％。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种开式整体叶盘通道多刀具分区域粗加工工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：对开式整体叶盘上待加工的叶片进行等参数化处理，得到沿流道方向和积叠轴方向的若干切触点，对于每个切触点P_CC(i,j)，通过以下步骤，得到对应的最优刀具转角B_O(i,j)和最大适用刀具半径r_L(i,j)，其中(i,j)为切触点P_CC(i,j)的参数化序号；根据所有切触点对应的最大适用刀具半径r_L(i,j)的范围，选择若干加工刀具；

步骤1.1：建立加工坐标系以及刀具几何模型，并确定刀具参数：

所述加工坐标系为CS_M(O_M-x_M-y_M-z_M)，其中加工坐标系固定在工作台上；加工坐标系的y_M轴为工作台的自身旋转轴，Z_M轴平行与四轴数控加工平台的刀轴方向；当待加工整体叶盘装夹在工作台上时，待加工整体叶盘的回转轴线与y_M轴重合；

所述刀具几何模型由参数r、r_c以及H确定，其中表示刀具锥度，r表示刀具半径，r_c表示圆角半径，H表示刀具刃长；r_c和H为预先确定变量，r为优化变量；

步骤1.2：在某一给定的刀具转角B条件下，通过以下步骤确定刀具切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，所述刀具转角B为整体叶盘绕y_M轴的转角：

步骤1.2.1：在加工坐标系中，根据被加工曲面S₀上的切触点P_CC坐标[x_CC,y_CC,z_CC]^T，切触点P_CC处的单位法矢量n＝[n_x,n_y,n_z]^T，以及检查点P的坐标[x,y,z]^T，通过公式

计算得到参数Δx，Δy，Δz以及λ；其中检查点P位于被加工曲面S₀或者检查面S_i上，且P≠P_CC；所述检查面为加工过程中构成叶盘通道的若干约束面，且不包括被加工曲面S₀；

步骤1.2.2：根据步骤1.2.1得到的参数Δx，Δy，Δz以及λ，分以下四种情况分别计算得到检查点P对应的适用刀具半径r(P,B)：

情况1：Δz≥H-r_c：

若不等式成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式

成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

其余条件下，

情况2：

若不等式成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

其余条件下，

情况3：

若不等式Δx²+Δy²+Δz²≤r_c ²成立，则刀具始终会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝0；

若不等式

均成立，则刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

其余条件下，

情况4：Δz＜-r_c：

刀具始终不会与叶盘通道发生干涉，r(P,B)＝∞；

步骤1.2.3：对于被加工曲面S₀或检查面S_i上的所有检测点P，分别代入步骤1.2.1和1.2.2，得到每个检测点对应的适用刀具半径r(P,B)，然后取其中的最小值minr(P,B)为在转角B条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；

步骤1.3：采用二分法计算切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的最优刀具转角B_O和最大适用刀具半径r_L：

步骤1.3.1：确定刀具转角的初始左右边界B_L和B_R，以及工作台旋转轴的定位精度B_P；

步骤1.3.2：根据步骤1.2中的方法，分别计算r_M0(B_L)、r_Mi(B_L)，以及r_M0(B_R)、r_Mi(B_R)；其中r_M0(B_L)表示刀具转角为B_L，检查点处于待加工曲面S₀上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，r_Mi(B_L)表示刀具转角为B_L，检查点处于检查面S_i上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；r_M0(B_R)表示刀具转角为B_R，检查点处于待加工曲面S₀上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径，r_Mi(B_R)表示刀具转角为B_R，检查点处于检查面S_i上的条件下，切削被加工曲面S₀上的切触点P_CC时的适用刀具半径；

步骤1.3.3：取B_L和B_R的二分中点计算r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)；

步骤1.3.4：若|B_L-B_R|≤B_P成立，则取B_M为最优刀具转角B_O，以及取r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)的最小值作为最大适用刀具半径r_L；否则判断r_M0(B_M)和r_Mi(B_M)的大小关系，若r_M0(B_M)＜r_Mi(B_M)则令B_R＝B_M，否则令B_L＝B_M，返回步骤1.3.2；

步骤2：根据步骤1选择的加工刀具的刀具参数，以及步骤1得到的每个切触点P_CC(i,j)最大适用刀具半径r_L(i,j)，确定每把加工刀具的加工区域：

若r_L(i,j)≥r₁，则该切触点P_CC(i,j)用1号刀具加工，所述1号刀具指步骤1中选择的加工刀具中刀具半径r最大的刀具；

若r_k≤r_L(i,j)＜r_k-1,(k＝2,3,…,K)，则该切触点P_CC(i,j)用k号刀具加工，其中K为步骤1中选择的加工刀具数量；

对所有切触点P_CC(i,j)均进行如上判断，得到每把加工刀具的加工区域；

步骤3：通过以下步骤生成刀具轨迹：

步骤3.1：根据切触点在加工坐标系中的坐标，以及切触点对应的加工刀具参数，计算切触点对应的刀位点：

P_CL(i,j)＝P_CC(i,j)+n·r_c+n_T·r_k+n_c·r_c

其中P_CL(i,j)＝[x_CL,y_CL,z_CL]^T为刀位点，P_CC(i,j)＝[x_CC,y_CC,z_CC]^T为切触点，n＝[n_x,n_y,n_z]^T为切触点P_CC(i,j)处的单位法矢，n_c＝[0,0,-1]^T；

步骤3.2：沿叶片积叠轴方向分层，将沿叶片积叠轴方向分割的切削层按由叶尖到叶根的顺序排序，用L_n表示，n＝1,2,…,Ln，其中层数Ln按下式计算：

h表示叶片沿积叠轴方向的高度，Ap表示轴向切深；

步骤3.3：确定每把加工刀具的加工轨迹：对于第k号刀具，确定加工轨迹的过程为：

遍历所有切削层L_n，在每一切削层上，沿叶盘流道方向从前缘到后缘逐个检查刀位点P_CL(i,j)：

1)若该刀位点P_CL(i,j)不可用k号刀具加工，则检查下一个刀位点；

2)若该刀位点P_CL(i,j)可用k号刀具加工，则将该刀位点P_CL(i,j)添加到加工路径中，并进行如下判断：

(1)、若该刀位点P_CL(i,j)为本切削层首点，则生成一个位于安全平面上的进刀点，并将进刀点添加到加工路径中，且置于该刀位点前；

(2)、若该刀位点P_CL(i,j)为连续刀位点的首点，且前一点为已加工点，则取前一刀位点P_CL(i-1,j)为进刀点，并将进刀点添加到加工路径中，且置于该刀位点前；所述连续刀位点指连续若干个刀位点均为可用k号刀具加工的刀位点；

(3)、若该刀位点P_CL(i,j)是本切削层末点或连续刀位点的末点，则生成一个位于安全平面上的退刀点，并将退刀点添加到加工路径中，且置于该刀位点后；

(4)、若该刀位点P_CL(i,j)是连续刀位点的首点，且前一点为未加工点，则沿叶盘流道方向从后缘到前缘逐个检查刀位点P_CL(i,j)；检测方式与从前缘到后缘的检查方式相同；

步骤4：根据步骤3生成的刀具轨迹，采用从通道外侧进刀，先使用直径最大的刀具以分层铣削的方式完成对应加工区域的粗加工，然后换刀，使用下一把直径较大的刀具完成相应区域的加工，直至最后一把最小的刀具完成通道的粗加工。