一、數控銑與鑄造工藝比較
透平葉輪一般有兩種製造方法：鑄造或是銑削。對於少品種大批量生產的製造商來說，由於鑄造的單件成本比銑削花費低，因而此種情況下適於採用鑄造工藝。然而採用鑄造工藝也帶來一些缺陷，以致越來越多的透平機械製造商採用了數控銑削的辦法加工透平葉輪。採用鑄造的缺點是：
1、與鍛造材料相比，鑄造材料物理特性既不均勻，也不連續。而常規方法檢測不到的夾渣正是引起葉輪失效的根源。
2、兩個鑄件間的幾何形狀不一致。由於透平機械的性能只有在保證為其特別設計的葉輪形狀的前提下才能實現，因而採用鑄造葉輪時，兩台機器的性能是不一樣的。如果要使兩台機器達到同樣的性能，需要進行艱苦的工作，不僅非常費時，而且很難實現。
3、由於採用鑄造工藝而導致的葉輪形狀上的差異，可能引起離心泵葉輪過早汽蝕，使離心式壓氣機過早喘振，使渦輪輸出的功率比預期的少。
4、鑄件形狀的偏差也影響到備件及在檢修時的更換。換上一個形狀有些許不同的葉輪，往往要求重新調整控制系統。
5、鑄造模具的準備工作需要很長的時間，而且價格不菲，不易修改。鑄造成本低是針對同一個模具能反覆使用的情況而言的。
6、對於需要經受高溫的葉輪，鑄造不失為一個好方法。因為高溫材料較硬，銑削這種材料需要很長的時間。當然目前已開發出專用軟體，用於快速銑削這種材料。
基於以上考慮，愈來愈多的透平機械製造商轉用數控加工的辦法加工樣品、小批量甚至大批量產品。數控加工既準確，又精密，連貫性好，製造周期短，而且易於修改幾何尺寸。
二、5軸銑削加工
具有複雜形狀的透平葉輪，需要用5軸銑床進行加工，才能加工到其幾何形狀的每個角落。
在一個現代化的設計系統中，需要加工的幾何體由CAD系統進行設計，然後在CAM系統中轉換為刀具的運動軌跡。輸出結果通過後置處理程序轉換為銑床5個軸的每個軸的運動。對於透平機械葉輪，有必要考慮專用的CAM軟體。從工藝上來講，葉輪加工主要由以下5個截然不同的操作組成：
1)粗加工葉片間的流道
2)銑削輪轂部分
3)修圓進口邊和出口邊
4)在小切削量下精加工葉片表面
5)葉片根部變半徑圓角加工
對於葉片表面上刀具不能達到的地方，需要給予特別注意。因為此時容易引起刀具與相鄰葉片的干涉。
1、點加工與側刃銑削
在採用5坐標數控加工中心之前，大部分透平機械製造商採用3軸或4軸機床加工葉輪，而且大多採用點加工法，即葉片表面上每一點都通過刀尖加工成一個點。當刀具沿葉片表面移動時，將留下一些凹坑或殘留尖角，而這些凹坑或尖角的高度值取決於編程技巧。點加工也是一種可行的方法，但是這種方法卻有一些不可避免的缺點：
(1)葉片表面不光順，會留下一些小凹槽。而這些小凹槽必須與流動方向平行(見圖1)。
(2)對於彎曲程度較厲害的葉片，由於葉片空間距離較近，加工過程中與相鄰葉片間的干涉很難避免。
(3)如果要減輕凹槽對流場的影響，就需要很長的加工時間。即是說，刀具必須繞葉片移動很多次。
2、側刃銑削對流體流動的影響
基於上述原因，最理想的加工方式是側刃銑削(如圖2)。側刃銑削不僅能避免以上所列點加工過程中所遇到的困難，而且所加工出的葉片表面非常光滑，精加工時間大為縮短。採用側刃銑削加工方法時，錐度刀具的整個側邊與材料相接觸，此即意味著葉片必須由直線元構成。這種限制性對流體動力學設計師非常重要，因為他們需要根據流體流動原理進行葉片設計，而且在選擇葉片幾何形狀時，具有完全的自由性。為了遵守這些限制，葉片只能根據流體特性，沿三條流管成型。葉片形狀由連接這三條流管的直紋面組成。然而，在實際的設計過程中，需要進一步對葉片幾何形狀進行限制，即葉片形狀由只連接兩條流管，通常為輪轂和輪蓋的直紋面組成。
實踐證明，只要設計出沿輪轂和輪蓋兩條流線速度分佈都很好的葉輪，對於小或中等轉速比的機器，也能達到很高的性能。但是，葉片高度很高時，直紋面便不再適用。
3、側刃銑削與應力問題
直線元的應用，不僅對於簡化加工很有幫助，而且對應力分析也有影響。通常，需要承受高應力的葉片往往設計成錐形，以便增大葉片根部的面積，使其能承受較大的應力。實際上，葉片最佳形狀是葉片厚度從輪蓋到輪轂呈指數規律變化，由於採用直線元側刃銑削工藝，只允許葉片厚度呈直線變化。然而，這種局限只在葉片高度對於其旋長較大時，如軸流渦輪的最後幾級或大流量係數離心式壓縮機，才顯得格外重要。
三、葉輪5軸銑削對機床的要求
1、哪類機床適合葉輪加工
加工葉輪和轉子零件，通常需要5軸CNC機床。這5個自由度用於控制空間刀尖和刀軸方位。由於葉片固有的特性，幾乎所有的葉輪加工都需要5軸聯動。機床具有足夠的軸向行程和精度，對於加工葉輪類零件非常重要。有些葉片可能不用5軸聯動，也能加工，如軸流式單葉片。
2、5軸機床
5軸機床有許多種配置方式。對於葉輪類零件，大都採用三個直線軸和2個旋轉軸的配置方式。在產量比較大的情況下，通常採用多主軸機床。而在一般的自動化工廠和柔性製造系統中，通常採用交換托盤。銑床主軸頭一般採用旋轉主軸和固定主軸。
一般地說，以下種類的機床適合加工透平葉輪：
(1)帶萬向頭的龍門式銑床(如圖3)
(2)兩個旋轉工作台，但擺動角度要足夠，旋轉帶傾斜的工作台(如圖4)
(3)旋轉帶傾斜工作台
(4)旋轉工作台帶傾斜頭(如圖5)
3、葉輪類零件對5軸機床的特殊要求
為了正確選擇機床，需要考慮以下因素：需要加工的葉輪的最大直徑，葉輪的材料，刀具補償要求，產品進度要求和加工精度。
在選擇機床時，機床規格和各軸的行程範圍需格外小心。對於離心式壓氣機葉輪，要求主軸頭的擺動範圍大，才能加工到軸向和徑向方位。此外，刀具的錐度和葉片傾斜情況不一樣，對主軸頭和Y軸行程的要求也不一樣。對於大部分透平葉輪來說，主軸頭100°的擺動範圍已經足夠，如圖6所示。
4、鋼葉輪加工的特殊要求
鋼葉輪加工的最大問題是加工效率的問題。為了提高加工效率，方法之一是在軟體方面，需要優化刀位軌跡和進給率，並保證編程質量。其二在硬體方面，要求機床具有較高的剛性和一定的主軸功率，同時對刀具也有較高要求。
四、葉輪類零件的特點及對編程軟體的要求
1、直紋面通用定義與徑向直線元
由以上討論所知，直紋面葉片的工藝性最好。所謂的直紋面是指由一系列直線段沿空間兩條曲線掃描而成的曲面。對於透平機械，兩條空間曲線通常位於兩個迴轉面上，分別叫作輪蓋和輪轂，與輪蓋和輪轂相交的直線段通常不會兩兩相交,如圖7所示。直紋面加工成本比自由曲面加工成本低得多。加工直紋面時，刀具刃連續掃過葉片表面，因而表面質量高，不需要手工拋光即能滿足圖樣上註明的技術要求。加工時間也大大縮短。
對於如圖8所示的徑向直線元葉輪，應當設法避免。因為這種葉輪加工時需要很長的刀具，而且在葉片出口處，直線元幾乎與內子午線平行，會引起許多問題。如果必須加工此類葉片，至少應對葉片出口處進行一些處理。
2、葉輪類零件的一般特點
設計人員根據複雜的空間流體動力學理論設計出符合流體流動規律的葉片形狀，因而葉片形狀複雜，是複雜曲面零件的典型代表，而且公差要求高。只有嚴格按照圖樣要求加工出的葉輪，才能滿足整台機器的性能要求。此外，在葉輪由很硬的材料或從國外進口的材料製造時，為了滿足高精度，要求加工時成功率高，以免浪費材料和延誤時間。
3、葉輪幾何結構的特點
除了加工時間和精度之外，葉輪類零件所固有的一些特定的幾何結構特點，也是加工編程時很難處理的地方。換句話說，並非任何軟體都能很好地解決以下這些問題：
(1)長、短葉片
在許多場合，為了改善葉輪性能，葉輪往往設計成一系列長、短葉片組成。而正是這些短葉片處理，特別是短葉片進口邊的處理，給編程人員提出了挑戰。
(2)進、出口邊修圓
當按直紋面成形法構造出了葉片的兩個面，分別叫作壓力面和吸力面，如何按設計人員的要求進行圓角過渡，如圖9所示，圖樣要求的圓角可能是各種各樣，有向外延伸的，也有內縮的，有多段圓弧構造的，也有橢圓形的。特別是縮進形邊緣，將作如何處理呢？
(3)葉片根部變半徑圓角
在葉輪進口處，為了減少阻塞損失，往往要求葉片根部圓角半徑要小，而在葉片中部，為了改善葉片承受應力情況，又要求葉片根部圓角半徑大，即從葉輪的進口到葉輪出口半徑是變化的，而且兩面變化規律不一樣。
(4)不可避免的過切現象
對於不可展開的直紋面，由於直線元在與輪轂和輪蓋相交點的法向不一樣，如圖10所示,如果簡單地根據直線元來定義刀軸的話，必然會引起刀具切入葉片。這樣加工出的葉片，即使保證了輪蓋和輪轂處的厚度，葉片中間也削薄了，成了兩面中凹的情況。而通用CAM軟體卻恰恰只能沿內、外子午線定義刀軸，葉片變形無法避免，而且隨著葉片扭曲程度的增加，過切量變得非常大。
(5)進口邊的處理
進口邊不與軸線垂直時，其加工處理也是一般通用CAM軟體很難處理的,如圖11所示。
五、軸流式葉輪的數控加工
由於軸流式葉輪的幾何特點，在葉片精加工時，只能採用點加工的方法，如圖12所示。同樣，為了提高加工效率和改善加工質量，對CAM軟體也有較高的要求。
首先，要求CAM軟體具有強大的複雜曲面造型功能，以滿足葉輪各局部造型設計要求。其次，因為點加工容易引起與相鄰葉片的干涉，而且在葉片相對較長時，也容易發生刀柄與零件的干涉現象，所以要求CAM軟體5軸加工方式多，能夠計算刀柄與零件的干涉。
六、加工模擬與模擬分析及優化
以前，大部分用戶在用CAM軟體編程后，為了驗證程序的正確性，採用各種各樣的試切方法，如走空刀，切削泡沫和木材等。這些試切方法費時費力，最危險的是，有些潛在問題和干涉現象不能發現。
當前在越來越激烈的競爭下，數控加工用戶都採用在計算機上進行加工模擬驗證分析及優化。這是因為：
1、由於不同的原因，如編程時選擇加工方式不理想，後置處理程序有缺陷，或因為編程人員經驗不足，最後的加工程序往往會有一些意想不到的問題出現。
2、希望在零件加工之前，對程序進行檢查，以免不必要的浪費。
3、希望進行干涉檢查，及時對必須修正的地方進行修正甚至重新編程，以保證向機床操作人員提供正確的加工程序。
4、希望知道干涉量有多大。希望能測量加工后的零件與設計圖樣要求之間的差別。
5、希望模擬零件裝夾與加工中機床的真實運動情況，以避免機床部件與夾具和零件的碰撞。
