随着航空航天,汽车制造业的飞速发展,自由曲面广泛应用于复杂零件的形状表达,对于自由曲面类零件的加工需要在多坐标数控机床上进行,以便获得更高的加工效率和更好的加工质量。因此自由曲面造型与多坐标数控加工已成为CAD/CAM技术的一个重要研究方向。本文对离心压缩机叶轮叶片的几何造型与数控加工技术进行了系统、深入的分析与研究,主要的研究工作为叶片曲面的非均匀B样条方法造型和多坐标数控加工刀具轨迹生成。主要研究内容如下:首先,对非均匀B样条曲线曲面相关算法进行了研究,并用C++语言和面向对象的程序设计方法实现了非均匀B样条曲线曲面的正算、反算、导矢等核心算法。通过Visual C++/MFC集成开发环境下的OpenGL程序创建,实现了叶片曲面的三维显示。其次,在对自由曲面数控加工刀具轨迹的生成方法进行分析的基础上,本文采用等参数线法与等残留高度法两种方法生成叶片曲面数控加工刀具轨迹。采用等参数线法,计算出走刀行距、走刀步长、刀触点、刀位点以及刀轴矢量,完成了叶片数控加工刀具轨迹计算。等参数线法的特点是算法简单,计算速度快,但加工效率相对较低。在对曲面微分几何特性的分析以及相邻切触点轨迹计算的基础上,采用等残留高法进行数控加工刀具轨迹的计算,使刀具按相邻刀具轨迹加工时所形成的残留高度保持为常数。采用这种方法加工曲面,曲面上所形成的刀痕高度处处相等,避免了走刀的冗余,大大提高了加工效率。通过球形刀刀具轨迹的计算,在Visual C++/OpenGL环境下实现了刀具轨迹的三维显示,结果表明迹线均匀分布在原叶片曲面的等距面上。再次,对多坐标数控加工后置处理的特点进行了分析,结合四坐标数控机床的结构特点研究了四坐标数控机床的后置处理算法。最后,通过后置处理算法生成的数控加工程序,用SL-EXSLWIN数控仿真软件对叶片加工过程进行了仿真,并在三坐标数控机床上完成试验加工,验证了相关算法的正确性。