自由曲面广泛应用于汽车、造船、航空航天、模具等行业中,随着数控技术的发展,特别是五轴加工技术的广泛应用,如何提高自由曲面的加工效率和质量显得越来越重要。刀具路径生成技术是自由曲面加工的重要技术,在相同的加工环境下,一条较短的加工路径不仅能够缩短加工时间、提高加工效率,而且也能够减少刀具磨损、提高刀具使用寿命,也可以减小刀位文件的大小从而不需要数控机床中控制器中强大的存储功能,因此开发出一种满足加工要求并能生成较短加工路径的方法具有重要意义。本文针对自由曲面加工效率低和质量不高的问题,提出一种改进的等残高刀具路径方法,该方法继承了等残高法加工效率高的特点,同时避免了刀具路径在拐角处残余高度过高的问题。当给定加工残余高度要求之后,本方法以满足残余高度的要求的最大的行距来计算刀位数据,所生成的路径总长度比三种常用的路径方法,即参数线法、等截距法和等残高法,所生成的路径长度要短,在相同的切削条件下,采用该方法可以更高效率地加工自由曲面。针对自由曲面在加工过程中容易发生干涉的问题,本文提出了一种刀轴姿态遍历的方法进行干涉检查,并以加工过程中刀轴摆动量最小为约束条件,可以确定每一刀位点处的最优刀轴矢量,该方法可以避免加工过程中的干涉现象并保证刀轴在加工过程中的光顺性,提高加工表面质量,减少因刀轴姿态剧烈变化对机床主轴和零件的冲击。本文通过UG二次开发将上述研究成果集成在UG软件中,形成方便易用的软件模块,较好的解决了编程效率低的问题,为基于特征的加工编程提供了基础。在Vericut软件中,建立了Mikron UCP800 Duro的数学模型,通过机床加工仿真和加工实验验证了该方法的有效性。