随着计算机技术的进步和全球制造业的发展,数控技术作为制造自动化的基础技术和关键技术,已经成为当今衡量一个国家工业化水平、综合国力的重要标志。数控编程技术作为数控技术中的重要组成部分,一直是当前数控技术的研究热点。本文针对数控铣削加工编程理论及其应用问题,并结合国家十五重点科技攻关项目“产品设计CAD软件”,对复杂多曲面数控加工编程中的粗加工、精加工和补加工的相关理论和关键技术进行了系统研究与实践。针对等高粗加工刀具轨迹生成的效率和稳定性问题,本文对粗加工切削区域边界的提取方法和切削区域边界拓扑结构的识别技术进行深入研究,提出了基于Z-map模型的粗加工切削区域生成算法。通过高效的边界追踪方法提取切削区域边界,提高了粗加工刀具轨迹生成的效率,并利用边界描述树自动识别切削区域的嵌套关系,提高了粗加工刀具轨迹生成的稳定性。传统的刀具轨迹的干涉处理算法往往只适用于特定的刀具类型,不能适用于各种刀具类型并且缺乏可扩展性。本文对刀具干涉产生的原因、刀具干涉的类型和处理策略进行了系统的研究,主要研究成果有:(1)针对刀具的面内干涉问题,提出了基于广义偏置面的APT刀具干涉检查和处理算法,通过分析APT刀具表面与干涉检查三角片之间的干涉关系,推导出APT刀具的干涉量计算公式;在对刀具轨迹的误差进行分析的基础上,实现了APT刀具的走刀步长和残留高度的计算。算法适用于各种APT定义的刀具类型,可作为数控自动编程系统中刀具干涉量计算与消除的通用算法;(2)针对复杂多曲面加工中的面间干涉问题,定义了扩展切削区域的概念,提出了基于扩展切削区域的无干涉刀具轨迹生成算法,快速稳定的生成横跨多张曲面的无干涉刀具轨迹,成功地解决了在曲面过渡区域处因切矢不连续、缝隙和重叠所造成的刀具干涉问题,并能准确判定刀具轨迹上的拐点,提高了零件的加工精度和表面质量。数控补加工区域的提取和刀具自动计算是补加工刀具轨迹生成的关键问题。在深入分析现有补加工刀具轨迹生成方法的基础上,提出了基于C-map模型的数控补加工刀具轨迹生成算法,根据被加工曲面的曲率特性,利用C-map模型产生补加工区域。在补加工刀具的优化算法中,优化过程的初始点为C-map模型中各干涉种子区域的最大主曲率种子点,大大减少了初始采样点的数目,提高了计算效率。最后,基于以上理论研究工作和研究成果,开发了一个数控编程原形系统,并成功地实现了基于上述算法的复杂多曲面粗加工、精加工和补加工无干涉刀具轨迹的生成。