五轴数控加工是当前工业制造中加工复杂曲面零件的重要手段。直线段路径(G01)是多轴数控加工过程中的常用路径命令。然而,由于直线段路径拐角处不光滑而导致进给速度不连续,引起机床运行时较大的振动,影响表面加工质量。此外,数控加工过程中因多轴动态性能不匹配和跟踪控制带宽不足引起的轮廓误差,直接影响数控加工的尺寸精度。因此,研究刀具路径的高阶光顺和轮廓误差控制方法对提升数控加工的效率和精度具有重要意义。当前的多轴刀具路径光顺和轮廓误差控制存在以下主要问题:(1)拐角光顺常用的B样条、Bezier样条等,弧长不可解析计算,路径光顺和插补的效率及精度低,而弧长可解析计算的Pythagorean-Hodograph(PH)样条,现有研究仅能做到C~2连续,无法保证加加速度连续;(2)现有五轴数控加工的刀具路径拐角光顺方法中,刀尖位置与刀具方向轨迹的同步不能解析计算,计算效率低且不能达到各进给轴加加速度的连续;(3)现有的五轴数控加工轮廓误差估算和控制模型,未考虑局部拐角光顺后刀具路径的特点,轮廓误差的估算效率和精度有待提高。针对以上问题,本文对多轴数控加工刀具路径的在线拐角光顺和针对拐角光顺后的五轴数控加工刀具路径的轮廓误差在线估算和控制展开了研究,主要的创新研究工作和成果如下:(1)提出了一种弧长可解析计算的C~3连续的拐角光顺算法。首先,构建了满足C~3连续条件和拐角光顺偏差约束的PH样条。该算法中,样条的控点、任意点的位置和曲率以及对应的弧长均可解析计算,非常适合在线拐角光顺。样条与直线连接处C~3连续,使得机床各轴都能达到加速度和加加速度连续运动,相对于C~2连续的拐角光顺算法具有更好的动态特性。将该方法应用在三轴数控加工的在线拐角光顺和插补实验中,实现了三轴数控加工的在线拐角光顺和插补,提高了加工效率。(2)将本文提出的C~3连续的三轴数控加工拐角光顺算法拓展至五轴数控加工中。本文首先对刀具位置和方向分别进行拐角光顺,其中刀具位置和方向的光顺偏差均被约束在工件坐标系下设定的最大允许误差范围内。针对解耦光顺后刀尖位置轨迹和刀具方向轨迹不同步带来的各轴运动进给速度不连续,引起机床运行时较大的振动,本文提出了一种解析的刀尖位置与刀具方向同步的算法,能使机床各轴在整条五轴数控加工光顺路径上都到达加速度,加加速度连续运行。该方法应用到了五轴数控加工的在线拐角光顺和插补实验中,实现了五轴数控加工的在线拐角光顺和插补,提高了加工效率。(3)提出了一种针对局部拐角光顺后的五轴数控加工刀具路径轮廓误差估算和控制方法。本文针对经过局部拐角光顺后的五轴数控加工刀具路径,建立了一种快速并精确的轮廓误差估算模型,该模型能快速并精确定位轮廓上最近的刀具位姿点。和现有方法相比,本文提出的方法具有更高的精度。本文将该方法应用到五轴数控加工的在线拐角光顺、插补和轮廓误差估算与控制中,实现了五轴数控机床的在线拐角光顺、插补和轮廓误差估算与控制,轮廓误差得到了有效抑制,大大提高了加工效率和精度。