大型水轮机发电在现代能源工业中占有极其重要地位。水轮机三大关键部件为叶片、上冠和下环。上冠和下环均为简单的回转体结构,而叶片的结构比较复杂,叶片本身的加工也比较困难,其加工质量的好坏对水轮机工作性能影响重大。本文分析了水轮机工作原理、水轮机分类、水轮机气蚀现象等内容,并分析了基于最小二乘法的非均匀有理B样条曲线曲面延展法三维造型技术。本文从水轮机的建模和数控加工两方面着手,结合作者多年的工作经验,分析了具有复杂流道的三维水轮机转轮体的几何设计以及五坐标数控加工五个主要步骤的主要特点、基本原理、采取的主要方法和实现途径。本文以三维水轮机五轴机床数控加工的刀位规划、刀位计算等为核心内容,结合数控加工过程中的外延部分,对水轮机的五轴数控加工进行了全面分析和研究。通过对三维水轮机曲面特征分析,生成了五坐标线接触法粗加工与精加工的刀具运动轨迹。结果表明对于三维水轮机的侧铣加工,在规划刀具路径时,可根据中性面上的盖盘曲线、轴盘曲线和相应点处叶片厚度构造叶片曲面,进而生成刀具轴迹面,刀具沿轴迹面的运动则包络出叶片曲面。本文结合CAD/CAM大型通用软件UGNX,以实例较详细的分析了水轮机主要组成部件:上冠、下冠和叶片的造型、加工刀具轨迹的生成、仿真、后处理、程序校验及五轴联动计算机自动编程。为了能够准确、正常的完成叶片的加工,在叶片的刚度、定位和夹紧等工艺方面也进行认真的分析和研究。并应用先进的数控加工自动编程技术完成了某单位大型水轮机组成部件的加工。