随着工业技术的发展,相较于传统平面及球面,具有更高设计自由度的复杂曲面的优势变得愈来愈明显,各类复杂曲面逐渐广泛应用于国防军事领域、天文观测领域及民用生活领域等诸多领域中。慢刀伺服（Slow Tool Servo,STS）车削技术属于单点金刚石精密车削技术门类,其作为一种曲面加工技术,逐渐被应用于各类复杂曲面加工之中。采用慢刀伺服精密车削技术可直接加工出较高精度的复杂曲面,加工效率较高。国外对于慢刀伺服技术的研究起步较早,并有一些较成熟的商用机床问世,而国内起步较晚,并且国内也多在国外商用机床平台的基础之上开展研究,整体加工技术尚未完全成熟。本文以复杂曲面慢刀伺服车削加工为研究目标,对慢刀伺服车削平台的搭建、刀具路径规划、曲面面形测量等内容开展了研究,具体内容如下:1)复杂曲面慢刀伺服车削刀具路径规划。慢刀伺服车削刀具路径规划的优劣直接影响着加工精度,其相关理论一直是该领域研究重点。本文对三种刀触点离散方式进行分析,并提出了一种通过限制最大离散误差来确定综合离散中最大离散角的方法。针对离散曲面的表达及后续曲面测量环节中的曲面拟合问题,本文提出了 Zernike多项式局部拟合算法,并此基础上对局部拟合中的支持域进行了优化。针对传统刀具形状补偿算法存在的复杂度较高、通用性不佳等问题,本文提出了一种基于刀具向曲面投射的刀具形状补偿算法,该算法在满足补偿精度的同时降低了算法复杂度并且具有良好的通用性,适用于不同前角的圆锥形和圆柱形金刚石刀具。本文在对不同刀位点插补算法进行研究的基础上总结了适用于PVT插补的不同入口参数生成算法的原理及优缺点。2)典型曲面的刀具路径规划仿真分析。选取环曲面、正弦阵列面、离轴抛物面及渐进多焦点曲面作为仿真曲面,借助MATLAB软件对刀具路径规划研究内容进行仿真分析。分析了等角度、等弧长以及综合离散的离散误差分布,结果表明采用本文方法生成的最大离散角能够保证综合离散的最大离散误差小于允许误差。拟合误差仿真结果表明Zernike多项式局部拟合算法拟合误差优于移动最小二乘法,拟合精度满足要求,同时使用改进的动态支持域可进一步减小拟合误差。对基于刀具向曲面投射的刀具补偿算法进行仿真,结果表明该算法具有良好的通用性并且补偿精度满足实际加工需要。采用三弯矩法生成入口参数的PVT插补精度优于三点法。3)典型曲面慢刀伺服车削实验及工件面形测量与数据处理。自主设计搭建以运动控制卡为核心的慢刀伺服车削平台并进行系统PID调试。基于C#编程语言和MATLAB软件编写了复杂曲面的数控程序生成软件和脚本。以环曲面、正弦阵列面、离轴抛物面及渐进多焦点曲面为例,并借助本文理论开展车削实验。借助JB-4C型粗糙度仪对工件表面粗糙度进行测量。借助MQ686三坐标测量仪并采用圆环式测量路径同时采取路径编程自动测量的方式对工件进行测量,采用Zernike多项式局部拟合算法对测量数据进行拟合并划分子午线,采用子午线半径补偿法对测头半径进行了补偿,从而得出面形误差。测量结果表明,四种曲面的表面粗糙度基本可以保持在100nm以内,同时环曲面面形误差可以保持在±0.010mm,正弦阵列面面形误差可以保持在±0.022mm,离轴抛物面面形误差可以保持在±0.013mm,渐进多焦点曲面面形误差可以保持在±0.015mm。