伴随着高档数控机床、先进切削刀具的出现和数控加工技术的迅猛发展,高速切削加工因其具有切削力小、切削温度低、加工变形小和生产效率高等优点,其工程应用越来越广泛。作为一种典型的高速切削加工方式,型腔铣削能将工件平面上任意闭合边界内的所有材料清除到固定深度,适于加工平面、凹槽、各种成形面和模具的复杂型面等,因而在航空、航天、汽车、模具等行业中被广泛采用。型腔铣削的加工效率及加工质量,很大程度上取决于刀具路径规划结果。本文以型腔高速数控铣削为研究对象,提出了新的刀具路径规划方法,该方法首先根据许用加工变形量确定每层切削深度;然后根据稳定性切削条件确定每层的径向啮合角,基于恒径向啮合角进行刀具路径规划;最后将每层生成的刀具路径统一连接成完整的路径,以实现恒切削力、无颤振高效精密铣削。首先,针对型腔铣削构建其切削动力学模型,实现三向动态切削力预测;然后进行铣削过程稳定性分析,运用零阶解析法求解模型获取稳定性叶瓣图;在经典铣削稳定域图形基础上,构建了固定轴向切深下的铣削稳定性叶瓣图,为后续进行恒径向切深铣削奠定基础。其次,基于型腔铣削加工边界的几何描述,对型腔铣削过程中真实切削参数如每齿进给量、未变形切削厚度、切入切出角等进行了理论分析与修正,对加工路径上曲率突变部位进行了详细分析,对部分相关参数进行了调整。在此基础上,提出了一种基于恒径向啮合角的面向型腔高速数控铣削的新的刀具路径生成算法,最后通过四个算例来揭示恒径向啮合角刀具路径生成算法的可行性和优点。最后,重点阐述了基于恒径向啮合角的型腔铣削刀具路径生成算法的实现。采用层切法获取型腔铣削轮廓边界,并按预定精度将轮廓边界离散成一系列直线段和圆弧段,对离散后的直线段和圆弧段采用基于恒径向啮合角方法进行偏置与求交,去除相邻偏置段形成的干涉环,保留有效偏置环,生成可行的刀具偏置路径。分析了环间法向过渡和圆弧过渡两种方式的特点、存在的不足,并在此基础上,提出了一种螺旋路径连接方法。最后通过仿真实例与试切,验证了本文所提出的恒径向啮合角刀具路径生成方法和算法的可行性和有效性。