目前,五轴联动数控机床是高速、高精加工具有复杂轮廓外形零部件的关键设备,然而三维刀具补偿功能是五轴加工技术的一大难题。在当今市场上,只有国外几家知名数控系统生产商的高档数控系统才具有这一功能,不仅价格昂贵,而且系统结构是封闭的,而国内还处在研究阶段。所以对五轴联动三维刀具补偿进行详细研究并开发出相应指令的系统程序,不仅具有理论价值,还具有重大的现实意义。本文首先研究了双转台五轴联动数控机床的后置处理算法以及逆算法,实现了工件坐标系和机床坐标系之间坐标的自由变换。接着研究了三维刀具半径补偿和长度补偿的算法。提出了先将运动坐标从机床坐标系转换到工件坐标系,经过三维刀具补偿以后,再返回机床坐标系进行插补加工的思想。利用空间变换和投影原理,先将相邻三个刀位点投影到二维补偿平面,根据转接情况和补偿状态,利用二维刀补算法求出刀补点后,返回三维空间,完成侧铣三维半径补偿。根据这一思路,对侧铣程序中含有移动坐标和仅含有旋转坐标两种情况下半径补偿的算法进行了详细的研究。端铣加工半径补偿与具体刀具类型相关,本文研究了平底刀,球头刀,环形刀三种典型刀具的三维半径补偿算法,重点研究了平底刀特殊情况下的半径补偿问题;并根据球头刀加工程序中刀位点是刀尖点还是刀心点的不同,进一步的细分了其半径补偿算法。其次,确定了自开发三维刀具补偿指令的格式,并利用VC++6.0语言开发了系统程序,不仅实现了三维刀具补偿功能,而且可以增强数控系统对加工程序的处理能力。利用Post Builder后处理构造器,开发了双转台五轴联动后处理器,并能够产生自定义格式的刀补指令。利用UG建模,结合其多轴加工模块,进行刀轨规划生成刀具轨迹,通过自开发的后处理器产生加工程序。最后利用VERICUT软件对刀补前后的加工程序进行了虚拟仿真实验,其加工结果与标准刀具加工结果综合的对比和分析。验证了刀具补偿算法和所编程序的正确性,同时也验证了自开发后处理器的正确性。