S形试件是新兴的数控机床精度检验试件,被广大机床制造企业应用于机床精度检测和验收,其五轴加工是典型的复杂曲面加工。本文对S形试件的五轴数控加工刀轴姿态求解与优化进行研究。在进行五轴机床运动学分析和试件几何、材料特性分析的基础上,完成试件加工工艺规划,并分析了试件五轴加工中的非线性误差和奇异问题。根据线性化的刀具路径,计算插补刀位点刀轴矢量,减少了插补刀位点的刀轴姿态误差。基于局部最小变形原则,将刀矢曲线和刀位点投影到奇异区域边界上,规避了机床在奇异区域加工的风险。本文研究的主要内容如下:第一章介绍了 S形试件五轴数控加工刀轴姿态求解与优化相关技术的国内外研究现状,阐述了课题研究的背景和意义,给出了论文的研究内容与组织架构。第二章结合斜摆头-转台型五轴机床的结构和运动链特点,对其进行机床运动学分析,根据S形试件模型的构建参数和方式,分析了试件的几何造型特性,结合试件材料,规划试件的加工工艺,并对试件不同区域的五轴加工中的非线性误差和奇异问题进行了分析。第三章提出了 S形试件五轴数控加工刀轴矢量插补求解方法。通过控制插补刀位点刀轴矢量始终在插补程序段始末刀轴矢量构成的平面内线性变化,得到线性变化的刀具路径,计算得到工件坐标系下插补点刀心点位置坐标和刀轴矢量以及对应的机床运动轴位置坐标,避免了插补刀位点的刀轴姿态偏差,减小了加工过程的非线性误差。第四章提出了基于局部最小变形的五轴加工奇异区域避让优化方法。在分析了五轴加工奇异问题产生机理的基础上,利用奇异锥的投影奇异圆判断刀位点及刀矢曲线是否存在产生奇异现象的风险。基于局部最小变形将存在奇异风险的刀矢曲线及刀位点投影到奇异圆周上,拟合得到优化后的刀矢曲线,实现了奇异区域避让优化。第五章将文本的理论方法和技术应用于机床设计方案的试件加工刀轴姿态求解与优化中,验证了本文方法的可行性。第六章总结了全文的研究成果并对今后的研究工作进行了展望。