随着复杂曲面零件在航空航天,汽车,造船以及国防装备等众多领域的广泛应用,此类零件的超精密加工在多个国家重大工程领域高端装备的发展中极为关键。曲面零件的结构复杂,具有曲面局部曲率急变等特征,实际生产过程中主要采用多轴联动的数控机床进行加工。然而,由于机床的旋转自由度的增加,曲面加工灵活性增加的同时也伴随着干涉问题复杂性的增加。采用传统的干涉校验避障方法虽然可以解决干涉碰撞和过切问题,但对于加工精度要求极高的特殊曲面零件,不可忽略由于多轴数控加工旋转轴运动引起的实际加工轨迹相对加工插补轨迹不可避免的偏离,轮廓误差变大,甚至局部误差难以达到零件加工精度要求。误差补偿的方法提供了控制非线性误差的有效途径,然而补偿误差后加工轨迹刀轴矢量未进行干涉校验,未保证刀轴矢量可行性,零件的加工质量难以保障。因此探究保障复杂曲面零件实际加工精度要求的抑制非线性误差的无干涉可行域求解方法,对高精加工刀轴矢量规划具有较高的工程实际应用价值。本文以满足复杂曲面零件五轴数控加工的高精度制造需求为目标,通过约束刀轴矢量变化范围抑制相邻刀触点间非线性误差,结合刀触点无干涉的刀轴矢量可行域求解方法,保障了复杂曲面零件高精加工的轮廓度,从而为复杂曲面零件五轴数控高精加工提供有效理论支撑与技术指导。本文的主要研究内容如下:首先,针对复杂曲面零件五轴数控加工过程中的干涉情况分析,建立不同刀具模型对应的局部干涉及全局干涉的判定准则,并通过划分零件曲面待进行干涉检测区域范围从而减少干涉判定计算量,提高计算效率。依据预划分检测角度进行避障检测,选择无干涉发生刀具姿角对应刀轴矢量为刀轴可行域,实现复杂曲面零件单点可行域构建。与以往干涉校验避障方法相比,本文中考虑可行域求解过程中计算量较大且无效计算部分较多,采用减少计算数据等方法有效提高可行域求解效率,为后续约束非线性误差可行域范围建立奠定了基础。之后再以控制五轴数控加工复杂曲面零件加工旋转轴不可避免的非线性误差为目标,分析实际加工过程中切削误差的构成,通过确定在不同坐标系下刀具运动轨迹,构造五轴数控加工相邻刀触点间理想切削轨迹与实际切削轨迹方程,求解相邻刀触点间实际切削误差,建立五轴数控加工旋转轴摆动角度与切削误差关联关系。结合复杂曲面零件单点无干涉可行域,从而获得五轴高精数控加工刀轴矢量可行域。接下来,根据可行域规划加工刀轴矢量,实验验证本文方法规划的刀轴矢量可有效提高零件加工质量。最后,开发面向五轴铣削加工的非线性误差抑制的刀轴矢量可行域规划刀轴矢量的辅助软件。通过图Matlab GUI搭建功能模块,拟合曲面模型点云,编写刀具模型、待检测范围划分及干涉判定函数,构建五轴刀轴矢量无干涉可行域。编制旋转轴摆动角度范围计算与刀具姿角转换的函数文件,输出高精数控加工刀轴矢量可行域规划的刀轴矢量,输出加工代码,完成五轴数控高精加工的可行域在实际加工中的应用。本文提出的五轴高精曲面加工刀轴矢量可行域求解方法可显著抑制非线性误差,避免加工干涉问题,提高复杂曲面零件的加工质量,为后续更深入的研究复杂曲面零件的高精加工提供一定的研究思路,与此同时,为实现复杂曲面零件的高精度加工奠定基础。