多轴加工是复杂零件制造领域重要的工艺方法,在航空、航天、航海等设备的制造中扮演着重要的角色。其中,零件的加工精度受到了加工系统几何学、运动学、静力学、动力学等因素的综合影响。通过姿态轨迹的合理规划,可以在刀具姿态空间内实现对切削力、切削稳定性等切削性能的优化,另一方面可以在关节轴空间内,实现对运动光顺性、动静刚度等加工系统性能的优化,复合约束下的加工姿态轨迹规划是实现多轴加工精度提升的重要途径。因此,结合具体工况,建立精确的复合约束模型,并在复合约束下进行加工姿态轨迹规划,对加工精度的提升具有重要的实际意义。主要内容如下:基于虚拟势场算法思想,构建了一种适用于复合约束下加工姿态轨迹规划的势场算法框架。构建了虚拟势场函数,实现了加工系统运动学、几何学、动静力学等复合约束向虚拟排斥力矩的转化。通过赋予加工系统末端执行器虚拟模态参数,建立了加工姿态虚拟动力学模型,实现了虚拟势场力矩与刀具姿态运动关系的函数表达。提出了虚拟动力学模型求解算法,实现了虚拟排斥力矩作用下,整条刀具路径上的加工姿态轨迹规划。通过对几何复合约束下的加工姿态轨迹进行势场算法规划,仿真验证了该算法框架在复合约束下的可行性,并且在本文仿真中,势场算法的计算效率是离散贪心算法的3～30倍。考虑姿态轨迹的高阶连续性,提出了一种运动学约束下的虚拟势场函数与参数优选方法。通过对不同加工系统关节轴与末端执行器之间的运动函数关系进行分析,提出了满足加工系统关节轴运动C~3连续性的虚拟势场函数。根据末端执行器运动速度、加速度及运动中摆动的约束,给出了虚拟参数优选的计算公式。将上述虚拟势场函数优选方法融合进虚拟势场法中,仿真生成了相应的姿态轨迹,实验结果表明势场算法生成的加工姿态轨迹相对于离散空间算法具有更好的运动捷度连续性。考虑再生颤振,建立了螺旋桨缩比件加工中低每齿进给量铣削工况下的复合约束模型,并结合势场法进行了加工姿态轨迹规划与应用验证。分析了螺旋桨缩比件加工工况下的稳定性预测模型,发现为减小刀具变形而采用的低每齿进给量铣削方式的稳定性预测精度受切削力系数非线性影响较大。推导了非线性动态切削力的解耦过程,建立了考虑非线性动态切削力五轴铣削稳定性的复合约束模型。将该复合约束模型与势场算法相结合,进行了机床加工姿态轨迹的仿真。仿真结果表明,考虑稳定性的复合约束模型可以实现姿态在各约束之间的平衡与协调,生成轨迹铣削稳定且满足运动连续性要求。螺旋桨缩比件的机床实际加工中,加工误差约降低50%,验证了该复合约束模型相对于单约束模型具有更高的铣削精度。考虑末端强迫振动,建立了螺旋桨机器人铣削复合约束模型,并结合势场法进行了加工姿态轨迹规划与应用验证。分析了螺旋桨机器人加工工况下的强迫振动过程,发现为减小强迫振动对表面精度的影响,需要对末端动态特性进行表征。采用自激励工作模态分析法实现了关节相对频响函数的标定。结合机器人正逆运动学、铣削力模型,建立了考虑机器人末端相对动柔度指标的复合约束模型。将该复合约束模型与势场算法相结合,进行了机器人加工姿态轨迹的仿真。仿真结果表明,考虑机器人末端相对动柔度指标的复合约束模型可以实现姿态在各约束之间的平衡与协调,生成轨迹对应机器人末端动柔度较低且满足运动连续性要求。螺旋桨的机器人实际加工中,采用复合约束模型有效的避免了加工表面振动纹路的产生,验证了该复合模约束模型相对于单约束模型具有更高的铣削精度。