自由曲面广泛应用于汽车、航空航天、造船、能源、模具等行业,近年来随着数控加工技术的发展与进步,尤其是五轴联动加工工艺的普遍应用,如何高效、高质量地实现自由曲面加工成为一项关键研究。刀具的路径规划技术是自由曲面加工的重要技术,路径规划的好坏直接影响自由曲面加工的精度和效率。在相同的加工条件下,较短的刀具路径可以节省自由曲面加工所需的时间、延长刀具的使用寿命,同时记录刀触点坐标和刀轴矢量信息的刀位文件的体积也会随之缩小,从而减弱了对机床控制器计算和大存储功能的依赖,因此研究一种符合误差要求且刀具路径短的自由曲面加工方法具有十分重要的现实意义。本文采用等残留高度法进行刀具路径规划的思想,从步长和行距两个参数的角度进行深入研究,主要研究内容如下:（1）针对等弓高误差法进行自由曲线插补计算时遇到曲率剧烈波动情况会出现误差超限和步长过保守问题,提出一种基于曲率分区的等弓高误差插补算法。根据刀具与曲线间的几何关系推导出初始参考步长,以各插补段内的最大弓高误差恒定为约束条件,引入曲率分区策略,并提出步长自动调整机制,在保证插补步长内的最大弓高误差恒为设定值的同时实现最佳步长的快速计算。实验结果表明,改进后的方法能够很好地规避等弓高误差法易出现的精度不达标问题,计算得到的插补点数量少,有效提升机加工效率。（2）针对等残留高度法在加工双曲抛物面等几何形状特殊的曲面时存在刀路冗余的问题,提出一种改进的等残留高度算法。以自由曲面加工后表面残留高度均匀一致为前提,根据曲面局部凹凸性质的不同分别构建辅助坐标系并推导出各种情况所对应的行距计算公式,并提出一种沿最大主曲率方向确定初始加工路径的优化方案,能够较好地避免刀路冗余问题的出现。实验结果表明,与等残留高度法相比,优化后的方法能够在保证残留高度符合加工要求的同时,实现刀具路径总长度的缩减,对特殊几何状态曲面的适应性和加工效率更佳。（3）为确保五轴联动加工中自由曲面的刀具路径规划方法的正确性,通过UG NX二次开发将改进的等残留高度法生成的刀路转换为刀位文件,再利用UG/Post Builder实现与五轴双转台机床对应的后置处理,进而得到数控系统可识别的G代码。利用VERICUT软件实现五轴机床虚拟仿真加工,并通过内置的误差检测比较功能分析加工后自由曲面零件的残留误差,验证曲面加工刀路规划模型的有效性。