高复杂度零件在航空航天、国防军工、能源动力、生物医学等尖端科技产业的广泛应用,其制造的性能、精度、效率要求也越来越高。传统的制造工艺如铸造、粉末冶金、机械加工等均存在成形加工难度大、制造工序多、制造周期长等问题,尤其对于高性能难加工合金材料、具有梯度及内部复杂型腔结构等零件的制造。增减材复合制造技术由于兼具增材制造及减材制造的优点,被认为是一种极具前景的技术手段,然而,目前的增减材制造还面临增材过程的轨迹控制、减材过程轨迹控制、多工艺坐标协同、缺少专用的多功能后置处理软件等诸多问题,这些都严重制约增减材复合成形轮廓精度。为解决上述问题,论文在深入分析五轴增减材混合制造工艺的基础上,提出了面向五轴增减材复合成形轮廓精度的运动轨迹控制方法;建立了五轴增减材复合机床的复合运动学模型,并对增材和减材两种工艺的运动学模型进行了坐标协同;以控制成形件高精度轮廓为目标,分别对影响刀具运动轨迹运行精度的刀轴矢量、非线性误差、刀具3D误差、以及走刀速度等关键技术问题进行了深入的探讨,建立了相应的控制算法;通过叶轮、叶片等复杂零件虚拟仿真及实验进行验证,并基于后置处理技术开发了专用的后置处理软件。论文的主要研究工作如下:(1)在分析传统五轴机床结构特性的基础上,探究了五轴增减材复合机床的运动特性;基于逆向运动学原理,构建了五轴增减材复合机床的运动学模型;进行了工艺坐标耦合分析,并提出了工艺坐标协同策略。(2)为提高激光熔覆增材过程零件的轮廓精度,消除传统三轴分层熔覆导致的台阶效应,提出了五轴螺旋动态刀轴矢量控制方法。通过分析五轴联动过程中增/减材时刀具与工件表面的接触原理,建立了五轴螺旋动态矢量计算方法。通过某叶片的单道多层熔覆实验进行了验证,实验证明使用五轴螺旋轨迹及动态刀轴矢量方法熔覆的叶片轮廓精度比传统的相邻层刀轴矢量方法获得的轮廓精度高约3倍。(3)为控制五轴减材制造过程零件的轮廓精度,通过回转轴线性插补原理探究了非线性误差产生的机理,建立了非线性误差的数学模型;提出了刀轴矢量插补算法,当误差超过设定许用值时,以相邻两点建立矢量插补平面,从而获得插补点位置及矢量来进行误差补偿,并通过某叶片的虚拟仿真及切削实验进行了验证,验证明采用刀轴矢量插补算法相比传统的线性插补算法非线性误差能降低了约一倍。为降低刀具磨损对五轴减材制造过程零件的轮廓精度的影响,研究了刀具在空间切削过程中的接触方式,根据刀心、刀具接触点、刀轴矢量的三者关系建立了刀具三维磨损误差补偿算法,并通过某叶片进行了虚拟仿真及切削验证实验,实验证明采用刀具误差补偿后加工的零件轮廓精度与理论刀具加工的精度高度吻合。(4)为分析走刀速度对复杂曲面零件成形过程中的精度影响机理,通过分析五轴速度插补原理,建立了速度插补模型,提出了基于速度、加速度约束获得恒表面刀触点速度控制方法,通过某叶片的减材进行了验证,实验证明恒表面刀触点速度可获得较高的成形件轮廓精度。(5)为解决增减材复合制造所需的NC代码问题,根据建立的复合运动学模型,结合动态刀轴矢量算法、非线性误差控制算法、刀具3D误差补偿算法、恒表面刀触点速度控制算法,基于高级语言开发了专用的、多功能的五轴增减材复合后置处理软件,以某叶轮进行了功能验证;同时对增减材坐标系的误差测定方法进行了探讨,提出了坐标协同误差评判标准,以圆环零件进行了复合制造中工艺协同的基础实验。