管道相贯类结构在管道施工中随处可见。管道相贯结构使用两管焊接成型,在现代管道工程中自动焊接占据越来越多的份额,但是自动焊接管道相贯需要加工变角度坡口。现有变角度坡口采用火焰加工,坡口表面质量差,限制了管道工程的自动化进程。本文以机加工变角度坡口为研究背景,研究侧铣加工变角度坡口曲面的加工原理和加工工艺。重点从变角度坡口曲面的数学建模、专用数控加工装备的锥铣刀侧铣加工原理与路径规划、在机测量变角度坡口曲面三方面展开研究,主要研究工作和创新性成果如下。首先,完成变角度坡口曲面参数化表征与实体建模。由自动焊机需在不同坡口截面进行等焊料填充面积焊接的要求展开分析,基于管道相贯处的几何参数,完成了变角度坡口曲面特征曲线的建模。采用NURBS曲线对特征曲线进行重构,建立了变角度坡口曲面的直纹面表征数学模型。基于自由曲面评价指标给出了变角度坡口曲面的加工评价指标,完成了变角度坡口曲面的数学建模工作。其次,针对坡口专用数控加工装备和锥铣刀进行刀具轨迹优化。对现有专用数控加工装备进行分析,建立机床运动模型。基于机床运动模型与刀具,提出了使用空间几何原理的单刀位过切计算方法,并使用该方法建立了单刀位优化目标函数,使用模拟退火算法对其进行优化计算,可以有效地对单刀位的过切情况进行优化。然后,进行虚拟机床仿真加工实验和基于专用数控加工装备的加工实验与在机测量。利用仿真软件对专用数控加工装备进行建模与调试。基于专用数控加工装备和现有锥铣刀参数,提出了变角度坡口曲面加工规程。在此基础上,对刀具运动轨迹进行规划,使用优化后数据进行数控程序编写,并进行仿真加工和实验加工。最后,搭建在机测量系统对坡口曲面进行测量。基于现有专用数控加工装备进行在机测量系统的搭建,进行了误差分析并提出了误差补偿模型对测量数据进行补偿。本文加工的变角度坡口曲面测量结果良好,符合变角度坡口曲面评价指标。本文在对自动焊接原理和侧铣加工原理取得一定程度认识后,将侧铣加工方法应用于变角度坡口曲面的加工上,可促进焊接领域的自动化进程。