近年来,我国航空工业飞速发展,航空产品研制和生产中数控编程任务越来越繁重。目前,在复杂整体结构数控编程中所需的大量工艺辅助面和过渡特征仍然依靠人工设计,编程效率低、周期长,成为制约航空产品制造任务交付完成的瓶颈。本文围绕航空复杂零件多轴数控加工过渡特征自动生成问题,对多态演化工序模型建模方法及其应用进行了深入研究,主要研究内容和创新性成果如下:(1)针对过渡曲面族的表征问题,提出一种基于变形映射的多态工序模型建立方法。首先,引入了多态工序模型及其演化的基本概念,并给出了数控加工中过渡曲面族的变形映射技术;然后,针对变形映射曲面实体的边界定义问题,提出了一种基于非等距平行截取的边界曲面离散表征方法;在此基础上,给出了变形映射曲面实体的建模流程及关键算法,并以叶轮和机匣零件为对象进行了实例验证。(2)针对过渡曲面族的设计问题,提出了带工艺约束的工序模型设计方法。该方法针对过渡曲面族层间余量控制和形状变化控制两个问题,分别给出了工序曲面族设计的基函数约束方法和虚拟控制面约束方法;在此基础上,基于给定刀具的切削深度约束,给出了工序过渡曲面族选择方法,构造了带工艺约束的叶轮流道加工工序曲面族。仿真加工表明,本方法可避免传统近似等距面法的自相交等问题,可获得满足工艺性要求的工序曲面族,并具有带约束、可控制、可设计的特点。(3)针对过渡曲面族的深度分布优化问题,提出了一种刀具序列与深度分布同步优化方法。以加工时间最小为优化目标,通过将刀具尺寸引入参变量,并以刀具的切削深度为约束条件,建立了工序曲面族深度分布优化的数学模型;并给出了该优化模型的最大刀具集计算和刀具序列优化的两步求解方法。以叶轮为例,对叶轮流道加工工序曲面族进行了深度分布优化。与优化前相比,一个流道可缩短总加工时间111.7秒,提高加工效率5.96%。(4)针对多态工序模型的切除顺序优化问题,建立了基于模板的区域内加工轨迹定义与生成方法以及区域间的切除顺序优化方法。首先,给出了uv平面内轨迹模板的单参数曲线族表征方法,实现了轨迹模板到物理域真实加工轨迹的映射。然后,在区域内加工轨迹确定的情况下,建立了以总加工轨迹长度最短为目标的区域间切除顺序优化模型,并给出了基于禁忌搜索的模型求解方法。最后,以机匣为例进行了加工仿真与实验验证。结果表明,本文方法可优化切除顺序和进退刀位置,有效减小抬刀次数和空行程。