航空结构件具有大尺度、壁薄和形状复杂等结构特点,具有多品种小批量、大余量和多层加工等加工特点。五轴侧铣加工是航空结构件常见的加工方式,加工时刀具与工件表面接触宽度较大,刀具回转轮廓误差对工件表面形状和精度产生较大影响。而刀具回转轮廓误差影响因素较多,在加工中呈现动态变化,如何准确辨识刀具误差源的相关参数,并建立刀具误差源与加工精度的映射关系实现加工精度预测,最后进行相应的刀具误差控制是数控加工领域的重要研究内容。本文在现有包含刀位轨迹误差的预测模型基础上引入刀具回转轮廓误差,建立了一种新的综合误差预测模型,进一步提升了五轴侧铣加工精度预测有效性。同时提出了刀具误差参数辨识方法和加工精度预测算法,最后设计了刀具误差补偿方法。这些研究对五轴侧铣加工精度预测和误差控制具有重要促进作用,其主要研究工作如下:(1)研究了五轴侧铣加工综合误差预测模型构建方法通过对五轴侧铣加工特点和机理分析,在现有包含刀位轨迹误差(包含机床几何误差、工件装夹误差、主轴热误差等)的预测模型基础上,引入刀具回转轮廓误差(包含刀具制造尺寸误差、刀具安装误差、刀具磨损和变形等)扩展形成一种新的综合误差预测模型。利用该模型计算得到刀具扫掠面上的刀触点分布,为后续加工表面的重构和精度预测提供依据,相比现有模型,新建模型预测精度更高。(2)研究了刀具回转轮廓误差辨识和预测方法根据四项刀具误差的特点,将其划分为静态误差和动态误差,并提出了一种“工件表面形状—刀具轮廓”映射的试验辨识方法,成功获取刀具静态误差和动态误差参数,通过试验建立了刀具动态误差数据库,构建了刀具动态误差预测模型实现后续加工过程中刀具误差的准确预测。(3)研究了多层加工层间干涉判断和计算方法针对航空结构件多层加工特点,分析了刀具回转轮廓误差可能引起铣削层间干涉进而影响各扫掠层上刀触点的位置分布。建立了层间干涉判断和分析算法,实现扫掠面上的被干涉刀触点位置调整和更新,从而获取最终加工表面上的刀触点分布,并实现加工表面的虚拟重构。(4)研究了点位加工法向轮廓误差预测算法铣削完成后,常采用三坐标测量机测量关键点位的加工法向轮廓误差来评判加工精度,在前面计算得到了表面刀触点后,建立了一种与实际测量原理相一致的点位加工法向轮廓误差预测算法,实现加工精度的准确预测。(5)研究了刀具回转轮廓误差补偿方法针对刀具回转轮廓误差对加工精度的影响,提出了一种刀具误差补偿算法。该算法先通过调整刀轴矢量修改了转动轴转角,然后通过调整刀位点修改了平动轴运动量,实现了刀具回转轮廓误差的有效补偿,提升了加工精度。通过上述研究,本文针对刀具回转轮廓误差对侧铣加工精度的影响,形成一套完整的包括刀具误差源相关参数辨识、加工精度预测模型构建、加工精度评价指标计算和刀具误差补偿的加工精度预测与误差控制方案,最后通过系列加工验证试验验证了这套方案的有效性。