五轴数控机床是加工航空发动机叶轮、叶片等具有复杂曲面关键零件的重要设备,而且这些复杂曲面局部曲率突变,使用通用CAM规划的刀具轨迹加工时,规划的机床各轴的运动常常会超过驱动电机的最大速度、最大加速度,从而产生冲击,导致机床加工过程不稳定,影响加工效率和加工质量。为了充分发挥五轴数控加工刀具姿态角可调整的优势,需要对刀轴矢量进行优化处理,以改善机床加工过程的稳定性,提高机床加工效率和加工质量。本文以′CA-′工作台双回转五轴数控机床为对象,建立了机床的运动学模型,并通过有限差分计算得到机床各轴的速度和加速度;以曲率突变曲面模型为加工对象,分析了机床运动学特性,对机床各轴局部出现超限问题进行了探讨,为刀轴矢量局部优化提供了理论基础。分析了工件坐标系下刀轴矢量优化方法存在非线性转换和奇异问题,并研究了机床坐标系下刀轴矢量优化方法存在计算效率低、无法满足机床驱动约束条件的问题,提出了一种机床驱动约束下的旋转轴加速度最小的刀轴矢量局部优化方法,并对局部优化模型进行了改进,以保证优化区域和非优化区域连接处满足机床驱动约束条件;进行了超限轴的速度超限区域扩展仿真实验,对比了不同优化区域下刀轴矢量优化的效果,得出了一种通过设定超限轴加速度阈值进行速度超限区域扩展来选取局部优化区域的方法,同时仿真结果表明刀轴矢量局部优化方法的计算效率较高;使用机床驱动约束下的进给速度优化模型分析了刀轴矢量局部优化前后刀具的进给速度,研究了刀轴矢量优化对进给速度的影响。最后,分析了直纹叶片的加工工艺,并对叶片的精加工轨迹进行刀轴矢量局部优化;通过直纹叶片加工实验,对比了刀轴矢量局部优化前后叶片的加工效果,结果表明刀轴矢量局部优化后叶片精加工时间减少15.53%,验证了刀轴矢量局部优化方法的可行性,对提高五轴数控机床的加工效率具有重要意义。