随着现代工业的快速发展,含有自由曲面的产品在现代制造业中所占的比例越来越大,市场的需求使得曲面产品的数控加工技术必须得到提升。自由曲面有较高的自由度,表面的形态特征复杂多样,因此对其进行数控加工刀具轨迹规划是复杂自由曲面产品数控加工的重要内容,同时也是研究的一个难点。自由曲面具有较复杂的编程内容和较高的生产成本,重用已有的加工实例将有效提高数控加工水平。本文提出“重用已有相似刀具轨迹”的方法,产生自由曲面刀具轨迹。用户提取预加工曲面的特征,根据特征相似性,在数据库中检索相似的加工实例,提取数控加工刀具轨迹信息,然后通过轨迹映射算法,产生新曲面的加工轨迹。文章基于3D开源函数库Open CASCADE(OCC)和Microsoft Visual Studio 2010(VS2010)编程开发环境,研究B样条表达的自由曲面的数控加工规划,编写了自由曲面数控加工刀具轨迹生成原型系统,针对工程中具有典型应用的自由曲面,通过重用方法实现刀具轨迹自动生成,将系统生成的刀具轨迹结果与Master CAM软件生成的结果相比较,并通过实际加工验证研究成果的合理性。首先,提出曲面数控加工特征提取算法。依据曲率将自由曲面特征定义为凸、凹、鞍、平坦4种类型,设计边界追踪算法提取混合特征曲面的各个特征边界,通过提取曲面的不同特征,得到曲率特征单一的曲面区域。其次,针对已提取的单特征区域,提出单曲率特征自由曲面的相似性比较算法。曲面是曲线的集合,算法用一簇平行平面截切待比较曲面得到截交线,以降维的思想将三维空间曲面的相似性比较转换为二维截交线的相似性比较,简化了曲面相似性评价问题。然后,研究刀具轨迹映射算法。设计映射法则和自由曲面表面生成B样条曲线算法,将已有轨迹映射到待加工曲面,自动生成自由曲面的数控加工刀具轨迹,实现轨迹的重用。通过实验验证,映射轨迹的加工质量和效率满足要求。最后,在Master CAM软件中进行曲面三轴数控铣削刀具轨迹仿真。对比本文算法刀具轨迹的仿真结果,分析讨论轨迹映射效果,并通过实验中心的三轴数控铣床,实际加工验证了刀具轨迹重用的有效性和可行性。