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提出一种新的刀具轴向设计方法，通过使用四元数法进行刀具轴向规划，以解决曲面5轴数控加工中刀具轴向过度依赖曲面几何特征，造成刀轴剧烈变化所引起的切削恶化问题。在被加工曲面上可能发生过切的区域，指定刀具轴向，再由指定的轴向，直接计算出其他位置的轴向，并与其他刀具轴向设计方法进行对比。实际应用结果表明：采用该方法可以很好地提高复杂曲面切削精度、效率，避免过切。