随着航空航天、能源动力、汽车船舶等重大工程领域的飞速发展,局部几何急变类复杂曲面关重件在各种高端装备中得以广泛应用。由于此类零件面形复杂且具有局部几何急变特征,传统统一工艺参数整体加工方法难以满足其高质高效的制造需求,因此分区域变工艺参数加工方法被大量用于此类零件加工。然而,该方法仍存在两方面不足:其一,缺乏面向数控加工过程的分区准则,导致区域分割与刀具轨迹规划相互独立,易诱发局部误差超差和剧烈切削振动;其二,区域部分位置易发生刀具轨迹拼接不当,造成局部误差急剧增大,甚至导致明显的接刀痕。鉴于此,本文开展了复杂曲面零件分区域加工刀具轨迹规划研究,并提出了面向局部几何急变类复杂曲面零件高质高效加工的区域分割方法与刀具轨迹规划方法,具体研究内容如下:(1)基于走刀矢量场的复杂曲面零件加工区域分割方法。构造弦高/残高误差的双目标优化模型,求解最优走刀方向,建立弦高/残高误差协同约束的走刀矢量场。以散度值/旋度值是否为零作为准则,完成促成走刀方式精准匹配的区域初分割。以旋转轴进给运动的运动学参数是否突变作为准则,完成确保旋转轴进给运动平稳的区域细分。(2)边界残高误差约束的区域行切加工刀具轨迹规划方法。建立边界-刀触点距离计算模型,构造临界刀触点曲线,并计算其行距方向的测地线。沿测地线递推生成理论刀触点,开展针对残高误差的灵敏度分析,完成测地线导向的理论刀触点修正。沿走刀方向连接修正理论刀触点形成行切刀具轨迹,根据弦高误差递推生成实际刀触点。(3)基于等残高法的区域环切加工刀具轨迹规划方法。以临界刀触点曲线为外环,依据等残高法完成刀具轨迹初规划。建立内环弧长误差计算模型并分类,确定待修正区域。计算理论刀触点沿行距方向的修正距离,生成修正的环切刀具轨迹。求解实际刀触点沿行距/走刀方向的修正距离,完成内环弧长误差均化及局部实际刀触点修正。(4)面向区域分割-轨迹规划的加工辅助软件。通过图形用户界面开发环境创建GUI,设置5个功能模块。对模型文件的点云数据进行曲面拟合,编制走刀矢量场构建、区域初分割及区域细分的函数文件,提取触发分区准则的曲面点拟合形成分区边界。编制临界刀触点曲线计算与刀具轨迹规划的函数文件,输出全域及各区域数控加工程序。本文提出的复杂曲面零件分区域加工刀具轨迹规划方法可显著抑制局部误差超差及切削振动,减小区域加工过程中的接刀痕,全面提高复杂曲面零件的加工质量与加工效率,具有显著的科研价值与工程实用价值。