数控机床的运动方案设计过程是一个多层次的复杂过程。其复杂之处不仅体现在涉及的研究对象多,而且体现在设计过程中设计参数多且设计参数互相关联耦合,相互影响。在数控机床的方案设计阶段,需从所加工复杂曲面的工艺需求入手,求解数控机床运动链末端刀具的运动功能需求,然后沿着运动链自下而上,对刀具运动进行解耦,将其分解到进给系统各运动轴,再依据各运动轴可选的进给机构生成运动方案,最后从运动方案的非线性误差、可维护性、制造成本、运行能效等方面对运动方案进行多属性评价,通过方案的综合优度排序实现数控机床运动方案的优选。论文主要内容如下:第一章简述了数控机床运动方案设计的研究意义、内涵及依据,在此基础上,综述了数控机床运动功能规划技术、运动位姿求解技术、运动机构创成技术及运动方案评价技术的研究现状,分析了现有数控机床运动方案设计技术的不足之处,给出了工艺驱动的数控机床运动方案设计方法的主要内容与逻辑框架。第二章在“功能-行为-结构”的产品设计框架下,针对数控机床的加工对象-自由曲面的几何特性,对加工刀具与工件的相对运动进行了规划,并以成型曲面的曲率特征分布为基础求解了数控加工所需进给轴的数量与种类,规划了数控机床的运动功能。第三章在刀轴可行域分析的基础上,构建了环形刀刀轴离散可行域模型。在自由曲面五轴加工奇异现象的机理分析基础上,提出一种考虑机床构型的刀具位姿解耦及优化算法。该算法对一条路径曲线进行等距离散,获取每个离散点处的刀具位姿,形成初始位姿序列。将初始位姿序列信息导入刀轴离散可行域模型,求解刀具路径上各切触点的离散可行域,以刀轴累计动作最小为优化目标,以单次刀轴最大转角为边界条件,对机床运动位姿进行解耦,实现对光顺进给位姿序列的求解。第四章在数控机床刀具运动功能需求的基础上,构建了非遍历形态学矩阵,列出了数控机床每个运动轴的可配置传动单元,为数控机床传动系统配置方案的生成提供了可行空间。基于机床设计案例库统计数据,分别对相邻传动单元进行朴素贝叶斯分析和贝叶斯条件概率求解,构建了相邻两传动单元间的隐式约束。利用有限状态自动机对机床传动系统的配置过程进行控制,在非遍历形态学矩阵内构建了传动系统配置路径,实现了数控机床传动系统运动机构的创成。第五章首先分析了数控机床运动布局对数控加工非线性误差的影响规律,与其他各类数控机床运动性能指标,构建数控机床的运动性能群聚评价模型,确定各评价指标在评价过程中所占比重;然后运用信息公理对各类指标的评价值进行了规范化,统一数值型、区间型和模糊语言型评价值的表达方法,以便进行运动方案的多属性均衡评价;最后针对各类运动性能指标的离散非线性特点引入组织排序法,实现数控机床运动方案的多性能均衡评价。第六章结合第二章至第五章的技术研究内容,开发了加工工艺需求驱动的数控机床运动方案设计系统,对VMT80型加工中心的运动方案进行了设计,以具有复杂曲率特征的一体式叶轮主叶片曲面为驱动,首先获取数控机床的运动功能需求,然后将切削刀具的运动向各运动轴分解,再依据各运动轴的运动状态变换生成可行运动方案解集,最后对运动方案进行综合评价,实现数控机床运动方案设计。第七章总结了本文的主要研究内容和成果,并展望了今后的研究工作。