五轴数控加工是加工自由曲面零件最有效的方法之一,在航空航天、汽车及其模具等行业中具有广泛应用。相对于传统的三轴加工,五轴数控加工能够同时控制刀轴矢量与刀位点,保证了曲面加工过程的一致性,显著提高加工效率和精度。由于曲线插补实时计算量较大以及较难生成满足精度要求的曲线型五轴加工刀具轨迹,因此在实际生产中大部分自由曲面采用直线插补形式进行加工,而刀具轨迹则采用大量的G01线段来逼近加工曲面。在五轴曲面加工中,由于旋转轴的存在,使得工件坐标系与机床坐标系存在着非线性关系,因而机床在执行G01指令时会产生刀尖点和刀轴矢量的误差,这些误差导致机床很难满足对加工轨迹的表征精度要求。针对此问题,本文做如下工作:(1)五轴机床通用运动学建模。针对三大类机床,采用齐次坐标矩阵建立运动学模型,包括从工件坐标系到机床坐标系的运动学正解以及从机床坐标系到工件坐标系的运动学逆解。(2)五轴数控加工非冗余G01路径生成。根据给定的加工参数曲面,以等残留高度为依据生成刀具的理论加工路径;对于已经生成的理论路径,根据机床的运动学模型建立刀尖点误差模型和刀轴矢量误差模型,并基于此误差模型生成实际加工用的G01路径。(3)五轴数控机床工件安装位置优化。对于以刀位数据形式存储的G01加工路径,建立非线性误差模型,并采用粒子群算法优化工件的安装位置以降低此误差,最终提高零件的加工表面质量。(4)五轴数控加工仿真与实验。对于以上部分,采用Vericut进行仿真验证,在五轴加工平台上进行实际加工验证,进一步证明所提出方法的正确性和有效性。