工程陶瓷、高温合金等性能优异但用常规工艺加工困难的难加工材料被广泛应用于航空、航天、医疗、电子等领域。激光加工具有非接触、能量可调控、一致性高等优势,且在理论上可以加工任何材料,利用激光加工难加工材料具有显著的优越性。数控技术具有高精度、高效率等优点,采用激光加工工艺结合多轴数控技术,可实现在复杂曲面上进行典型特征的精准三维加工。将激光加工工艺与多轴数控技术结合,进行难加工材料激光三维加工研究可促进激光制造的理论扩展和技术应用升级,具有重要的理论意义和工程应用价值。本课题基于团队自主研发的5+2轴皮秒激光数控加工机床展开,对激光三维加工技术进行研究。首先,针对五轴激光加工后处理进行坐标变换求解方程的推导,建立了将CAD/CAM软件中的几何信息转换为机床运动坐标的技术链,并通过实际加工案例进行了验证,为激光三维加工奠定了技术基础。同时,研究了激光三维加工在复杂曲面异型孔分层加工中的应用,阐述了复杂曲面上加工异型孔的流程。对不同入射角定位加工案例的结果进行分析,发现激光倾斜后加工区域尺寸并非简单地变为投影尺寸。然后,通过激光加工氮化硅陶瓷实验对比了激光束垂直、侧倾和前倾入射对加工效果的影响,探究了激光三维加工的倾角效应、光束作用特点、材料去除机理、成型特征以及工艺规律。实验结果表明,通过调控入射角可以控制加工深度和材料去除率,以前倾角方式进行加工相比于激光束垂直或负前倾角方式入射有更好的表面质量（在实验条件下,前倾角为-20°时表面粗糙度为1.8μm;20°时为0.9μm）。另外,为解决激光大面积去除加工时效率低的问题,针对一种激光复合加工工艺——激光离散化复合铣磨加工展开研究,通过氧化铝陶瓷加工实验和有限元仿真对该工艺的工艺规律和材料去除机理进行了探究,发现:离散化加工改变了机械能量的传播形式,可以实现高进给速度和大切削深度铣磨加工。实验条件下,激光离散化复合铣磨加工在切深60μm和进给速度1200 mm/min时能正常加工,而普通铣磨在切深50μm时刀具已严重磨损。