随着制造业的快速发展,汽车外壳设计和航空航天叶轮加工等越来越多的领域涉及到复杂曲面的数控加工技术。由于复杂曲面数控加工技术的不断发展,使得异型石材制品的数控加工成为可能。同时,由于数控加工能够处理几何形状复杂的工件,兼具材料去除率高、表面光洁度好的特点,使得异型石材制品数控加工技术脱颖而出。目前,主流的数控加工技术包括传统的三轴数控加工和更灵活的五轴数控加工。与三轴数控加工相比,五轴数控加工在粗、精加工阶段的效率更高。在五轴数控加工中,刀具可以通过两个额外的旋转轴控制,更适用于加工复杂曲面。然而,随着自由度的增加,刀轴矢量的规划对表面加工质量和加工效率的影响也越来越大。考虑到这一问题,本文提出了一种针对异型石材制品的五轴数控加工刀轴矢量控制算法,通过对刀轴矢量的平滑控制,获得了具有更好连续性、平滑性和无干涉的刀具轨迹,从而提高了异型石材制品表面的加工质量和加工效率。首先,介绍了五轴数控加工的基础概念,阐述了五轴数控加工与三轴数控加工相比的优势。同时,对现有的五轴数控机床进行运动学分析,阐述了刀位点从工件坐标系向机床坐标系转换的运动学过程。为异型石材数控加工的刀具轨迹规划和刀轴矢量平滑控制提供了理论支持。其次,在分析现有的曲面区域划分方法的基础上,提出了一种异型石材制品表面区域划分方法。通过逆向工程技术得到了异型石材制品表面的曲面模型,在对曲面模型微分几何特性分析的基础上,通过构建曲面C-map模型对各型值点数据进行优化和提取,将复杂曲面划分为不同的加工子区域,为石材雕刻五轴数控加工刀轴矢量平滑控制算法做铺垫。同时,阐述了五轴数控加工刀具轨迹规划的相关概念,以及石材制品数控加工中刀具类型的选择,以等残余高度法为例,详细介绍了异型石材制品五轴数控加工刀具轨迹规划的过程。最后,在分析了现有的刀轴矢量规划方法后,本文提出了一种通过对比刀轴矢量变化率选择性的调整刀轴矢量的方法,既保证了加工带宽又使刀轴矢量的变化保持平滑。同时阐述了平头刀在进给方向上投影的有效切削形状及平头刀加工带宽的计算方法。阐述了由于刀具姿态的变化对加工带宽的影响,提出了理论最佳刀轴矢量位置。通过MATLAB软件进行仿真,对比优化前后刀轴矢量的变化,表明该算法可以有效提高异形石材制品表面的加工质量和加工效率。