现代先进制造业对复杂曲线曲面轮廓的高速、高效、高精度加工需求日益提高,传统离散刀具路径处理模式中,相邻路径段转接处一阶不连续,导致复杂曲面高速切削加工中频繁的速度波动和加速度跳变,严重影响切削效率和表面质量。本论文以实现复杂曲面的高速平滑五轴精密加工为目标,分析了样条曲线路径在数控加工全过程的处理机制,深入研究了五轴数控加工中的刀具路径平滑优化方法、速度前瞻策略、参数曲线实时插补、空间刀补和装夹误差动态补偿等技术。　　复杂曲面高速、高精度加工中采用微小直线段链逼近零件轮廓,产生刀具路径的不连续问题,论文提出一种基于非均匀有理B样条(NURBS)曲线拟合的刀具路径优化方法。该方法通过分析刀具路径的几何特征鉴别需要平滑的连续直线段链,对其分段后进行基于最小二乘法的NURBS曲线拟合优化,并设置相邻段连接点的边界连续条件,还原刀具路径应有的平滑性。算法采用特征点搜索法设定曲线拟合参数,通过调整曲线节点向量和控制顶点保证路径拟合精度。　　针对五轴数控加工的刀具路径平滑,首先对五轴NC代码进行坐标变换运算,消除旋转轴引起的附加运动,还原加工零件轮廓的有效切削运动路径,对其按NURBS曲线拟合方法平滑优化,然后对旋转轴运动路径采用五次样条曲线插值,并建立有效切削运动路径和旋转轴运动路径的参数映射关系,通过机床逆运动变换求解C2连续的平动轴运动路径。　　为了避免高速加工中由路径高曲率区域引起的机床驱动轴运动突变、机床振动和工件过切,论文提出了实轴空间综合约束下的加工速度前瞻处理策略。该方法应用切削运动的S型曲线速度规划方案,在前瞻路径段内对机床实轴运动的速度、加速度、冲击数据进行约束检测,柔性调整速度规划的过程参数,并提出了速度规划节点分离法对切削路径分段进行独立的S型曲线速度规划,使得整个加工过程的速度平滑稳定。　　由于五轴加工中的机床驱动轴运动路径无法反映工件轮廓,直接对其进行插补运算难以控制轮廓切削精度,因此论文对有效切削运动路径进行参数曲线插补,将插补结果通过参数映射到机床实轴路径空间,求解机床驱动轴的插补增量。参数曲线插补运算采用二阶泰勒展开法,采用比例参数分散补偿法消除截断误差累积造成的插补速度波动,并通过基于虚拟参数比例的插补步长-参数反馈校正法实现多段曲线路径的平滑过渡插补。　　五轴联动加工中,刀轴矢量动态变化造成空间刀具补偿困难,论文提出在工件坐标系内求解刀具补偿矢量,对近似连续微小直段链路径按补偿向量直接偏置法进行空间半径补偿;对离散路径转接补偿建立了内侧补偿的防干涉转接点确定方法,并根据轮廓法向量和刀轴矢量变化状况分解为三个基本补偿单元,给出相应的转接补偿方法,通过基本补偿单元矢量求和解决全路径补偿转接过渡问题。五轴联动加工中的工件装夹误差会引起实际加工基准与 CAM编程基准不一致,旋转中心基准偏移造成的旋转附加运动偏差不断变化,无法通过简单的坐标偏置补偿,论文提出装夹误差寻位补偿方法,通过坐标变换和机床逆运动变换动态修正加工路径,使加工结果与设计一致。　　论文提出的理论算法首先通过计算机仿真验证其准确性和可行性,然后在多维层次结构的数控系统中实现。经过系统运行测试和典型零件切削试验,结果验证了本论文提出的算法有效改善了五轴联动加工精度和速度,为研发具有自主知识产权的高性能五轴联动数控系统奠定了坚实的技术基础。