近几十年来,随着我国现代制造业的快速发展,因而对具有复杂曲面的工业产品需求量大大增加。由于复杂曲面类工件曲率变化较大,从而增加了加工难度,并对数控加工技术提出了更高的要求,因此复杂曲面的加工一直以来是数控加工制造业中的难点问题。目前,主流的数控加工技术包括传统的三轴数控加工和具有更高自由度的五轴数控加工。由于五轴数控机床与三轴数控机床相比多了两个自由度,使得刀具获得了更高的空间可变范围,提高了刀具对复杂曲面成形加工的适应性,更有利于处理几何形状复杂的工件。然而,随着自由度的增加,刀轴矢量的规划对曲面的加工质量和加工效率的影响也越来越大。对于这一问题,本文提出了一种针对复杂曲面的五轴数控加工刀轴矢量规划算法,通过对刀轴矢量的合理规划,可以获得连续性和平滑性较高的刀具轨迹,从而提高复杂曲面的加工质量和加工效率。首先,介绍了五轴数控加工的基础概念,论述了在对复杂曲面进行铣削加工时五轴数控所具有的优势。同时,阐述了复杂曲面的几何性质和刀具路径规划的理论基础,为五轴数控加工刀具轨迹规划和刀轴矢量规划提供了理论支撑。其次,提出基于刀具姿态控制的刀轴矢量规划方法。通过分析现有的刀轴矢量规划方法后,发现五轴加工对刀轴矢量的规划方案多以刀轴矢量的平滑性为主,两者并未兼顾,对于获取最大加工效率考虑甚少,因此本文从获取最大加工效率进行考虑,阐述了刀具姿态对加工带宽的影响,论述了刀具姿态与加工带宽的关系,提出了理论最佳刀具姿态,完成了对初始刀轴矢量的规划。但是由于加工曲面的复杂性,在曲面曲率变化较大处刀轴矢量变化较大,使得同一条轨迹线上的刀轴矢量变化很不平滑,影响曲面的加工质量。因此需要对获得的初始刀轴矢量进行优化处理,这样既可以保证曲面的加工效率又可以得到平滑性较好的刀轴矢量。接着,提出基于非线性误差对刀轴矢量进行优化。针对五轴数控加工过程中非线性误差的产生原因进行分析,且建立了旋转运动轴与非线性误差之间的关系,通过限制旋转轴运动角度来控制非线性误差达到优化刀轴矢量的目的,从而保证工件的加工质量。最后,通过使用MATLAB软件验证本文所提方法的有效性以及合理性,与传统的预设刀轴法生成的刀轴矢量相比,本文方法具有更高的加工效率。对得到的初始刀轴矢量进行优化处理,减小了刀轴矢量的变化量,得到平滑性较好的刀轴矢量,降低了由于刀轴矢量不平滑而导致曲面加工质量不高的问题,提高了曲面的加工质量。通过限制旋转轴的运动角度来控制非线性误差,保证了工件的加工精度。