● 摘要
五轴数控加工技术在工程应用中有极其重要的作用，国内外学者针对五坐标数控编程技术展开了大量的研究。五坐标数控编程技术的核心内容为刀位优化和刀轨规划。目前，宽行刀位优化算法针对复杂母线刀具的刀位的优化计算还不完善；同时，国内外所研究的刀轨规划方法也不完全适用于叶片类零件的宽行加工。本文在此背景下进行了相关的研究，主要的研究内容如下：
(1) 分析了目前主要的宽行刀位优化算法在面对复杂母线刀具时的局限性，研究了基于经线划分的刀位优化算法。以过刀轴的平面族均匀划分刀具成经线族，提出了分段求解单一经线到曲面最短距离的方法。该方法将单一经线分成直线段和圆弧段的集合，给出了任意空间直线段和空间圆弧段的单参数方程的求解方法，结合进退法搜索直线段或圆弧段到曲面的最短距离，进而得到单一经线到曲面的最短距离。经线族到曲面的最短距离的集合构成了刀位的误差分布，以此为依据进行了刀位的优化计算。最后，通过加工仿真验证了该方法优化刀位的可行性与精确性。
(2) 分析了目前刀轨规划方法在加工叶片类零件时存在的问题，列举了叶片类零件加工中可用的平行拓扑结构的刀轨形式，从中总结了平行拓扑结构的刀轨规划的若干决定因素。提出了面向对称加工的平行拓扑结构刀轨规划方法，为叶片类零件的变形加工试验提供了较丰富的刀轨形式。研究了基于刀具姿态渐变的曲面过渡区域加工刀轨规划方法，为复杂曲面过渡区域边界的搭接精度的提高提供了一种可行的解决方法，同时也是一种较好的避免干涉的刀轨规划方法。
(3) 分析了叶片类零件的宽行数控编程软件对叶片加工的重要性，选择了几种有代表性的宽行刀位优化算法，对不同算法的结构进行了规范化设计。基于这些算法设计了软件的总体框架，对软件数据结构也进行了详细的设计，并开发了图形界面程序。最终，通过对一种叶片进行全型面的数控编程生成了加工刀轨，验证了该软件加工叶片类零件的实用性。