五轴联动控制功能是高档数控系统的核心功能，是有效解决叶轮、叶片以及船舶螺旋桨等复杂核心零件加工问题的关键。国产高档数控系统普遍采用RTCP（刀具中心点编程）完成加工，该方法忽视了对刀轴矢量的控制，易产生刀具姿态误差，带来加工过切以及机床轴频繁加减速变化等问题，无法保证运动轨迹的平滑性。国外高档数控系统已能够对刀轴矢量进行灵活控制，进而保证加工轨迹的平滑性，但仍然对我国实行技术封锁和出口限制。因此，开展数控系统五轴联动轨迹平滑技术的研究对于突破国外技术封锁，提高国产数控系统整体技术水平以及支持我国装备制造业转型升级具有十分重要的意义。基于上述背景，本文开展了数控系统五轴联动轨迹平滑技术的研究。论文首先对五轴数控机床旋转轴配置情况进行分析，建立了加工精度和效率模型，得到了旋转轴运动与加工精度、加工效率间变化规律；在此基础上，提出了采用指令点平滑过渡和基于刀具姿态控制的指令点插补方法对加工轨迹进行优化控制，并通过仿真实验对所提出算法的有效性进行了验证。首先，在五轴数控加工精度模型和效率模型的建立方面，本文根据旋转轴所绕旋转矢量与机床的初始矢量是否平行，将种类繁多的五轴联动数控机床划分为平行类和非平行类两种，分别总结了采用平行类和非平行类机床进行加工时产生的刀具姿态误差表达式及其变化规律，建立了五轴数控加工精度模型。针对机床两旋转轴转动幅度相同和刀具由机床的初始矢量移动到同一末刀轴矢量这两种情况，分别比较了采用平行类机床和非平行类机床进行加工的运动效率。通过对不同旋转轴配置情况下刀轴矢量各分量与旋转轴间位置映射关系进行分析，得到了采用不同结构机床进行加工时刀轴矢量各分量与旋转轴运动速度、加速度间函数映射关系，建立了五轴数控加工效率模型。其次，为实现对刀具的灵活精确控制，提高五轴数控加工精度，本文提出了三种基于刀具姿态控制的指令点插补算法。本文所提出的基于平面刀具姿态控制的指令点插补方法，能够保证加工中刀轴矢量始终在各程序段首末端点处刀轴矢量所确定的平面上运动，避免了非线性误差的产生，显著提高了加工精度。本文提出的基于平滑刀具姿态控制的指令点插补方法能够保证加工中刀具姿态曲线的二阶连续，进而为实现旋转轴速度和加速度的连续变化提供了保证。本文提出的基于圆锥面刀具姿态控制的指令点插补算法能够保证加工中刀轴矢量始终在所要求的圆锥面上运动，有效避免了因刀具姿态偏离所带来的加工误差。最后，对于加工中旋转轴在走刀步长短的程序段处发生较大变化时所带来加工效率低、加工精度差以及加工表面粗糙等问题，本文提出了对刀轴矢量变化较大的指令点进行修正，避免旋转轴的大幅转动，以实现指令点的平滑过渡。针对五轴端侧铣加工的不同特点，分别提出了基于旋转轴位置修正的指令点平滑过渡方法和基于刀轴矢量定向压缩的指令点平滑过渡方法。本文所提出的基于旋转轴位置修正的指令点平滑过渡方法，通过对旋转轴转动幅度过大的指令点进行修正，使旋转轴转动幅度与刀具切触点的位移成比例变化，避免了旋转轴的大幅转动和频繁加减速，能够生成满足加工精度和加工时间要求的指令点。本文所提出的基于刀轴矢量压缩的指令点平滑过渡方法，能够将一系列离散的刀轴矢量压缩为一条平滑的刀具姿态曲线，实现指令点的平滑过渡。在该方法中，通过改变压缩曲线的多项式次数，能够将压缩误差控制在允许范围内。