航空发动机的风扇、压气机普遍采用整体叶盘结构形式。与传统的叶片和轮盘装配结构相比，整体叶盘省去了榫头、榫槽和锁紧装置，避免了榫头气流损失；同时，大量减少零件数量，减轻结构重量。整体叶盘叶片的发展趋势是形状越来越复杂、壁厚越来越薄。运用薄壁、超薄叶片技术，可以解决压气机气流速度从亚音速提升到超音速所引起的叶片前缘激波、叶尖气流分离等问题，从而大幅度提高压气机气体流量和单级压比，航空发动机整体结构的气动布局和使用效率得到很大提高。针对整体叶盘类复杂结构零件，利用精密铸造或精密锻造等手段进行生产的工艺难度很大。在这种情形下，为了制造出能够满足现代设计要求的高质量部件，就需要采用切削加工技术。
闭式整体叶盘是航空发动机采用的新结构，该结构与开式叶盘相比，采用了内/外环与叶片一体化结构，减少了结构间的连接，避免了榫头气流损失、减少了结构重量和零件数量；在气动布局上采用了宽弦、弯掠叶片和窄流道，提高了气动效率；同时使发动机结构大为简化。目前，我国在新型发动机设计中也采用了闭式整体叶盘结构，但是闭式整体叶盘具有结构复杂、开敞性差，材料难加工、切除率大，叶片薄、加工颤振控制难等工艺特征，故其数控加工制造技术成为制约其快速应用的重要难题。
现有技术中的开式整体叶盘因其开式结构多采用四坐标加工方式，刀具沿叶盘径向进行插铣加工；闭式整体叶盘通道是一个封闭区域，叶片长、弯扭大，相邻叶片相互遮掩，通道开敞性差，必须采用五坐标加工方式分别从进气边和排气边进刀，控制难度较大；开式整体叶盘插铣加工区域只受相邻叶片约束，通道区域开敞、易于求解；闭式整体叶盘通道不仅受相邻叶片的约束，同时还受到内外环面的约束，在求解内外环(叶片)偏置直纹包络面时必须考虑相邻叶片(内外环)的影响，求解边界线逼近直母线，确定插铣通道边界，其约束条件多，求解过程复杂。

为了解决现有技术中闭式整体叶盘在加工时存在编程难度大、约束条件多、刀具轨迹求解过程复杂的不足，本发明提出一种闭式整体叶盘五坐标插铣加工方法，针对闭式整体叶盘结构特点采用五坐标插铣加工方式，从而有效解决了闭式整体叶盘的切削难题。
本发明解决其技术问题的技术方案是采用逆向推理的方法，通过对加工成型后闭式整体叶盘的叶片形状反向求解，生成所需的加工刀具轨迹。本发明定义叶盘的中心轴线与机床Y轴重合，Y轴正向朝上，加工坐标系与机床坐标系重合，具体包括以下步骤：
(1)对加工的闭式整体叶盘的通道进行加工区域划分，其方法如下：
分别定义一个叶盘的通道内对应的四个面，即叶盘内轮毂与叶片相接的面为内环面，叶盘外轮毂与叶片相接的面为外环面；叶盘的一个通道内相邻的两个叶片对应的两个面一个为叶背面，另一个为叶盆面；定义内环面与叶片相接的线为叶根子午线；外环面与叶片相接的线为叶尖子午线。
连接叶盆面的叶尖子午线两端点得到第一线段，连接该叶盆面的叶根子午线两端点得到第二线段，连接第一线段和第二线段的中点得到第三线段；连接同一通道中相应的叶背面的叶尖子午线两端点得到第四线段，连接该叶背面的叶根子午线两端点得到第五线段，连接第四线段和第五线段的中点得到第六线段；以第三线段和第六线段为准线，构造叶盘通道区域划分直纹面，将叶盘通道划分为两个加工区域，其中，进气边一侧为进气边加工区域，由所述通道内进气边的内环面、外环面、叶盆面、叶背面和叶盘通道区域划分直纹面围成；排气边一侧为排气边加工区域，由所述通道内排气边的内环面、外环面、叶盆面、叶背面和叶盘通道区域划分直纹面围成。
(2)对进气边加工区域通道内的面进行偏置，生成通道内各面的偏置面，其方法如下：
对进气边加工区域内的内环面向外环面方向偏置得到内环面偏置面，外环面向内环面方向偏置得到外环面偏置面，叶盆面向叶背面方向偏置得到叶盆面偏置面，叶背面向叶盆面方向偏置得到叶背面偏置面，其偏置距离为加工刀具的半径加上粗加工余量，粗加工余量取0.3～1.5mm。
(3)对进气边加工区域通道边界线进行求解，求解方法如下：
进气边加工区域通道有四条边界线，第一边界线是叶背面偏置面与内环面偏置面的交线的逼近直母线，第二边界线是内环面偏置面与叶盆面偏置面的交线的逼近直母线，第三边界线是叶盆面偏置面与外环面偏置面的交线的逼近直母线，第四边界线是外环面偏置面与叶背面偏置面的交线的逼近直母线。
(a)第一边界线求解方法如下：
连接叶盆面所在叶片的叶背面偏置面与内环面偏置面的交线的两端点得到第七线段；过第七线段的下端点做垂直于机床Y轴的第一平面，连接第七线段的下端点和第一平面与机床Y轴的交点得到第八线段；过第八线段和第七线段做第二平面，使第二平面绕机床Y轴正向旋转，当第二平面与当前通道的叶背面偏置面相切时停止，记此时第二平面旋转后得到的平面为第三平面；第三平面与内环面偏置面交于第一曲线，在第三平面内应用最小面积原理得到第一曲线的最佳逼近直母线；第一曲线的最佳逼近直母线即为第一边界线。
(b)按照上述方法对应求得第四边界线。
(c)第二边界线求解方法如下：
连接叶盆面偏置面与内环面偏置面的交线的两端点得到第九线段；过第九线段和第一平面与机床Y轴的交点做第四平面，第四平面与内环面偏置面交于第二曲线，在第四平面内应用最小面积原理得到第二曲线的最佳逼近直母线；第二曲线的最佳逼近直母线即为第二边界线。
(d)按照上述方法对应求得第三边界线。
(4)对进气边加工区域通道的各偏置面求取直纹包络面，包括叶背面偏置面直纹包络面、叶盆面偏置面直纹包络面、内环面偏置面直纹包络面和外环面偏置面直纹包络面，具体包括以下步骤：
(a)叶背面偏置面直纹包络面求解方法如下：
记叶背面偏置面与内环面偏置面的相交线为第三曲线，叶背面偏置面与外环面偏置面的相交线为第四曲线，叶背面偏置面在进气边的边线为第五曲线，叶背面偏置面与叶盘通道区域划分直纹面的相交线为第六曲线。
连接第三曲线与第五曲线的交点和第四曲线与第五曲线的交点，得到第十线段；连接第三曲线与第六曲线的交点和第四曲线与第六曲线的交点，得到第十一线段；分别在第十线段和第十一线段上按照等长度进行插值，插入的点数为n-1，其中n为大于10的整数；分别连接第十线段和第十一线段上对应的n-1个点得到n-1条线段，由这n-1条线段生成第一直纹面；分别通过n-1条线段的中点，沿第一直纹面在该点的法矢方向构造n-1个平面，n-1个平面分别与叶背面偏置面相交，得到n-1条曲线；分别在这n-1个平面内应用最小面积原理，求得n-1条曲线的最佳逼近直母线；通过这n-1条最佳逼近直母线和第一边界线、第四边界线生成叶背面偏置面直纹包络面；
(b)按照上述方法对应求得叶盆面偏置面直纹包络面。
(c)内环面偏置面直纹包络面求解方法如下：
记内环面偏置面的上边线为第七曲线，内环面偏置面与叶盘通道区域划分直纹面的相交线为第八曲线。
连接第七曲线与第一曲线的交点和第七曲线与第九线段的交点，得到第十二线段；连接第八曲线与第一曲线的交点和第八曲线与第九线段的交点，得到第十三线段；分别在第十二线段和第十三线段上按照等长度进行插值，插入的点数为m-1，其中m为大于10的整数；分别连接第十二线段和第十三线段上对应的m-1个点得到m-1条线段，由这m-1条线段生成第二直纹面。分别通过m-1条线段的中点，沿第二直纹面在该点的法矢方向构造m-1个平面，m-1个平面分别与内环面偏置面相交，得到m-1条曲线；分别在这m-1个平面内应用最小面积原理，求得m-1条曲线的最佳逼近直母线；通过这m-1条最佳逼近直母线和第一边界线、第三边界线生成内环面偏置面直纹包络面。
(d)按照上述方法对应求得外环面偏置面直纹包络面。
(5)对求取的进气边加工区域通道的各偏置面的直纹包络面，五坐标插值得到刀位轨迹，其方法如下：
根据从通道中心向内环面偏置面直纹包络面和外环面偏置面直纹包络面等距扩散，通道中心向叶背面偏置面直纹包络面和叶盆面偏置面直纹包络面等距扩散的原则，按照行距和侧向步距插值得到刀位轨迹，并且对得到的刀位轨迹进行排序，得到进气边加工区域内的插铣刀位轨迹。
(6)按照上述方法，对排气边加工区域生成通道偏置面，并对通道边界线进行求解，生成叶盘通道偏置面直纹包络面，最后得到排气边加工区域的插铣刀位轨迹。从而得到了闭式整体叶盘通道的插铣刀位轨迹。
(7)在五坐标数控机床上按照以上得到的闭式整体叶盘通道的插铣刀位轨迹对闭式整体叶盘进行插铣加工。
本发明的有益效果是：通过对闭式叶盘通道可加工性分析，给出了通道加工区域划分方法；从而避免了闭式整体叶盘加工时的刀具干涉现象。本发明基于最小面积原理研究了叶盘通道边界最佳直母线求解算法，分别对叶片曲面及叶盘内外环面提出了通道偏置直纹包络面的生成方法，给出了闭式整体叶盘五坐标插铣刀位轨迹，从而解决闭式整体叶盘通道插铣区域划分和直纹包络面生成问题，解决了加工过程中编程难度大、约束条件多、刀具轨迹求解过程复杂等技术问题，有效实现了闭式整体叶盘的五坐标插铣加工。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的流程图；
图2是闭式整体叶盘结构示意图；
图中：1-内环；2-外环；3-叶盆；4-叶背；5-通道；
图3是图2中叶盘通道区域划分方法示意图；
图中：6-叶盆面；7-叶背面；8-叶根子午线；9-叶尖子午线；
图4是图2中叶盘通道划分区域示意图；
图5是闭式整体叶盘插铣加工仿真示意图。

装置实施例：本发明的实施流程如图1所示，由于闭式整体叶盘叶片弯扭大，无论刀具从通道的进气边或排气边单侧切入，都不能一次完成通道的加工，一般需要对闭式叶盘进行通道划分，采用进排气边双侧对接方式加工。
图2为航空发动机闭式整体叶盘部分结构示意图，由图2可以看出，其包括叶盘内环面1、叶盘外环面2、叶盆面3、叶背面4和通道5，闭式整体叶盘具有结构复杂、开敞性差，材料难加工、切除率大、叶片薄、加工颤振控制难等工艺特征，因此在闭式整体叶盘通道开槽阶段，采用插铣加工方式可快速有效地实现闭式整体叶盘的开槽粗加工，并可提高闭式整体叶盘加工中的稳定性。图中叶盘的参数为：叶盘直径为300mm，叶片长度为68mm，刀具直径为12mm。
本发明采用逆向推理的方法，即通过对加工成型后闭式整体叶盘的叶片的反向求解，从而生成加工的刀具轨迹，定义叶盘的中心轴线与机床Y轴重合，Y轴正向朝上，加工坐标系与机床坐标系重合，具体包括如下步骤：
(1)对加工的闭式整体叶盘的通道进行加工区域划分，其方法如下：
分别定义一个叶盘的通道内对应的四个面，即叶盘内轮毂与叶片相接的面为内环面，叶盘外轮毂与叶片相接的面为外环面；叶盘的一个通道相邻的两个叶片对应的两个面一个为叶背面，另一个为叶盆面；定义叶盘内环面与叶片相接的线为叶根子午线；叶盘外环面与叶片相接的线为叶尖子午线。
连接叶盆面的叶尖子午线两端点得到第一线段，连接叶盆面的叶根子午线两端点得到第二线段，连接第一线段和第二线段的中点得到第三线段；连接同一通道中相应的叶背面的叶尖子午线两端点得到第四线段，连接叶背面的叶根子午线两端点得到第五线段，连接第四线段和第五线段的中点得到第六线段；以第三线段和第六线段为准线，构造叶盘通道区域划分直纹面，将叶盘通道划分为两个加工区域。其中，进气边一侧为进气边加工区域，由一个通道内进气边的内环面、外环面、叶盆面、叶背面和叶盘通道区域划分直纹面围成；排气边一侧为排气边加工区域，由一个通道内排气边的内环面、外环面、叶盆面、叶背面和叶盘通道区域划分直纹面围成，如图3、图4所示。
(2)对区域划分后的进气边加工区域通道内的面进行偏置，生成通道内各面的偏置面，其方法如下：
分别对进气边加工区域内的内环面向外环面方向偏置得到内环面偏置面、外环面向内环面方向偏置得到外环面偏置面、叶盆面向叶背面方向偏置得到叶盆面偏置面、叶背面向叶盆面方向偏置得到叶背面偏置面，其偏置距离为加工刀具的半径加上粗加工的余量，粗加工余量取0.5mm。
(3)对进气边加工区域通道边界线进行求解，求解方法如下：
进气边加工区域通道有四条边界线，第一边界线是叶背面偏置面与内环面偏置面的交线的逼近直母线，第二边界线是内环面偏置面与叶盆面偏置面的交线的逼近直母线，第三边界线是叶盆面偏置面与外环面偏置面的交线的逼近直母线，第四边界线是外环面偏置面与叶背面偏置面的交线的逼近直母线。
(a)第一边界线求解方法如下：
连接叶盆面所在叶片的叶背面偏置面与内环面偏置面的交线的两端点得到第七线段；过第七线段的下端点做垂直于机床Y轴的第一平面，连接第七线段的下端点和第一平面与机床Y轴的交点得到第八线段；过第八线段和第七线段做第二平面，使第二平面绕机床Y轴正向旋转，当第二平面与当前通道的叶背面偏置面相切时停止，记此时第二平面旋转后得到的平面为第三平面；第三平面与内环面偏置面交于第一曲线，在第三平面内应用最小面积原理得到第一曲线的最佳逼近直母线；第一曲线的最佳逼近直母线即为第一边界线。
(b)按照上述方法对应求得第四边界线。
(c)第二边界线求解方法如下：
连接叶盆面偏置面与内环面偏置面的交线的两端点得到第九线段；过第九线段和第一平面与机床Y轴的交点做第四平面，第四平面与内环面偏置面交于第二曲线，在第四平面内应用最小面积原理得到第二曲线的最佳逼近直母线；第二曲线的最佳逼近直母线即为第二边界线。
(d)按照上述方法对应求得第三边界线。
(4)对进气边加工区域通道的各偏置面求取直纹包络面，包括叶背面偏置面直纹包络面、叶盆面偏置面直纹包络面、内环面偏置面直纹包络面和外环面偏置面直纹包络面。
(a)叶背面偏置面直纹包络面求解方法如下：
记叶背面偏置面与内环面偏置面的相交线为第三曲线，叶背面偏置面与外环面偏置面的相交线为第四曲线，叶背面偏置面的进气边线为第五曲线，叶背面偏置面与叶盘通道区域划分直纹面的相交线为第六曲线；
连接第三曲线与第五曲线的交点和第四曲线与第五曲线的交点，得到第十线段；连接第三曲线与第六曲线的交点和第四曲线与第六曲线的交点，得到第十一线段；分别在第十线段和第十一线段上按照等长度进行插值，插入的点数为30，分别连接第十线段和第十一线段上对应的30个点得到30条线段，由这30条线段生成第一直纹面；分别通过30条线段的中点，沿第一直纹面在该点的法矢方向构造30个平面，30个平面分别与叶背面偏置面相交，得到30条曲线；分别在这30个平面内应用最小面积原理，求得30条曲线的最佳逼近直母线；通过这30条最佳逼近直母线和第一边界线、第四边界线生成叶背面偏置面直纹包络面；
(b)按照上述方法对应求得叶盆面偏置面直纹包络面。
(c)内环面偏置面直纹包络面求解方法如下：
记内环面偏置面的上边线为第七曲线，内环面偏置面与叶盘通道区域划分直纹面的相交线为第八曲线；
连接第七曲线与第一曲线的交点和第七曲线与第九线段的交点，得到第十二线段；连接第八曲线与第一曲线的交点和第八曲线与第九线段的交点，得到第十三线段；分别在第十二线段和第十三线段上按照等长度进行插值，插入的点数为10，分别连接第十二线段和第十三线段上对应的10个点得到10条线段，由这10条线段生成第二直纹面；分别通过10条线段的中点，沿第二直纹面在该点的法矢方向构造10个平面，10个平面分别与内环面偏置面相交，得到10条曲线；分别在这10个平面内应用最小面积原理，求得10条曲线的最佳逼近直母线；通过这10条最佳逼近直母线和第一边界线、第三边界线生成内环面偏置面直纹包络面；
(d)按照上述方法对应求得外环面偏置面直纹包络面。
(5)生成进气边加工区域通道的五坐标插铣刀位轨迹；其方法如下：
对求取的进气边加工区域通道的各偏置面的直纹包络面，插值刀位轨迹线；按照从通道中心向内环面偏置面、外环面偏置面等距扩散，通道中心向叶背面偏置面、叶盆面偏置面等距扩散的原则，按照行距、侧向步距插值得到刀位轨迹线，并且对得到的刀位轨迹进行排序，得到一个进气边加工区域内的插铣刀位轨迹；
(6)按照上述方法，对排气边加工区域生成通道偏置面，并对通道边界线进行求解、生成叶盘通道偏置面直纹包络面、最后得到一个排气边加工区域的插铣刀位轨迹；从而得到了闭式整体叶盘通道的插铣刀位轨迹。
(7)通过上述方法在计算机上生成闭式整体叶盘无干涉刀位轨迹后，利用此轨迹控制机床对闭式整体叶盘进行插铣加工，如图5所示。