五轴数控加工中心以其高精度、高自由度、自动化程度高等特点,成为叶轮、叶片、螺旋桨等复杂曲面零件唯一的加工方式,广泛应用于航空航天、船舶制造、汽车制造、模具制造等行业,为国家工业的发展提供了巨大的助力。基于五轴数控加工的刀具轨迹规划作为复杂曲面设计到复杂曲面加工的核心环节,对复杂曲面类零件的成品质量有重要的影响,一直是国内外专家研究的热点和难点。本文系统分析了五轴数控机床在国内外的发展历程、主要分类方式、未来发展方向等;介绍了NURBS复杂曲面的建模方式及微分几何特征;对等残留高度法的规划原理进行深入研究的基础上,本文提出了针对步长精度优化的步长累积误差消除算法,针对光顺轨迹生成的突变点消除方法,针对高度加工的螺旋轨迹生成方法,最后通过仿真验证均取得了良好的效果,能有效提高加工精度、加工效率和工件表面质量。本文所做的具体研究成果和创新如下:(1)提出了一种高精度走刀步长的刀具轨迹规划方法。分析等残留高度法的基本原理,并根据相邻轨迹线的走刀步长、加工行距、短程线方向等信息,推算出偏置轨迹线上对应刀触点间的步长计算公式,进一步分析出在轨迹光顺的条件下步长变化的一般规律,发现等残留高度法在生成光顺轨迹时,步长会产生累积误差,导致实际走刀步长严重偏离理论走刀步长,降低加工精度,根据实际步长和理论步长提出步长误差变化率的概念,设计步长累积误差消除算法,控制偏置轨迹线中的步长误差,最后的仿真结果证实了步长累积误差理论的正确性和步长累积误差消除算法的合理性。(2)提出了一种光顺轨迹生成的刀具轨迹规划方法。等残留高度法生成的轨迹线之间有严重的依赖性,有时会造成后续偏置轨迹线出现突变点、拐点、自相交等,使轨迹线发生折弯,严重影响轨迹光顺性,本文通过分析走刀方向与后续走刀轨迹的位置关系,提出了判定突变点、拐点的方法,并结合等残留高度法的规划原理,提出了突变点、拐点的消除方法,经仿真验证,用本文提出的方法全部消除了轨迹线中的突变点和自相交现象,生成了光顺的刀具轨迹,有效提高了加工精度,保证了工件的表面质量。(3)提出了一种针对高速加工的等残留螺旋轨迹规划方法。等残留螺旋轨迹结合了等残留高度法加工效率高、工件表面残留高度相等和螺旋走刀抬刀、落刀、刀具空行程少、刀具载荷稳定的优点,适合于高度加工,本文结合等残留光顺轨迹生成方法,设计了等残留螺旋轨迹规划算法,生成了光顺的等残留螺旋轨迹,仿真显示等残留对比等参数螺旋轨迹,在轨迹线总长度,转角数量方面均有较大优势,能有效的提高加工效率。