随着我国老龄化时代的到来，人工髋关节的置换需求将会逐年增加。人工置换在临床中需要骨水泥固结，这是因为髋关节假体柄的假体柄标准规格与患者骨骼不会一对一的匹配，而且，骨水泥会导致肿瘤患者癌变。因此，一对一的人工髋关节假体柄开始到关注，但与单一人体骨腔匹配的假体柄结构形状为复杂且不连续的空间自由曲面，若采用三轴数控加工方式无法将其加工成型，所以要采用四轴及以上的数控加工方法。目前，采用多轴数控加工方法能否如何控制空间曲面的形状精度等方面的研究尚未详细的报道。因此，提出“髋关节假体柄的四轴精密铣削研究”课题，构建空间自由曲面的四轴铣削加工轨迹的策划模式，研究四轴精密铣削的可行性。首先，提出间断地固定中心轴线再分步策划其它三轴联动的四轴数控加工模式。为了实现该数控模式，先利用刀具与工件间空间几何关系构建极坐标模式，生成刀具轨迹曲面，再沿着中心轴的截面上策划刀轨迹。然后，在加工中将刀具与工件中心偏置，旨在让更多更高的刀具表面线速度部分接触工件。最后，在VMC850L四轴联动加工中心上进行铣削加工实验，分析加工工件的形状精度，验证该四轴加工的控制模式，且理论分析刀具偏移角与刀具姿态角的关系，实验研究刀具姿态角在空间曲表面加工中对形状精度和表面粗糙度的影响。理论分析结果显示，通常不采用刀具偏置时加工曲表面的刀具姿态角0~10度的分布仅为31.34%，当刀具偏置5°后为27.48%，可下降12.4%。这也说明，刀具偏移可以增加刀具姿态角的比例，让更多的情况避开切削线速度为零的情况，对铣削加工有积极作用。考虑到刀具姿态角过大会增大受力力矩，导致变形，还可能发生干涉，所以在铣削加工实验中设定刀具偏置角为5°。从实验结果中发现，在对假体柄空间曲面的检测点云与理论点云进行ICP匹配的基础上，加工的假体柄空间曲面形状误差平均为152m，仅为假体柄的平均尺寸的1.3%，而且加工表面的粗糙度Ra平均值为0.260μm。因此，提出的空间曲面的四轴数控铣削加工模式是可行的。此外，刀具姿态角的增大可使得加工表面的形状误差减小，且表面粗糙度减小，这表明增大刀具姿态角可提高空间曲表面四轴加工的形状精度和表面质量。