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五轴数控(NC)加工技术广泛地应用于航空、汽车、船舶和现代模具等行业,在高精度复杂曲面加工中有着不可替代的作用。如何充分发挥其高柔性、高精度及高效率的特点一直是国内外研究的重点和难点。本文对五轴加工中扫掠轮廓线的计算表达理论进行了比较系统的研究,并将这一理论应用于工程软件的设计实践中。主要内容为:1.阐述了课题的研究背景及意义,介绍了五轴加工技术的研究现状和五轴数控机床的发展方向,分析了国内外几种常见的扫掠面和扫掠轮廓线求解优缺点,剖析现有环形刀具及刀具势态优化适用性及局限性。2.给出了主轴摆动式五轴数控加工中环形刀具扫掠轮廓线的显式表达式,分析了扫掠轮廓线在刀具曲面不同部分的形状及性质,列举了扫掠轮廓线各种可能性。所用的计算方法高效精确,可为复杂曲面加工过程的动态模拟和加工误差的控制奠定了数学基础。3.介绍工作台旋转式五轴加工中环形刀具上扫掠轮廓线的显式表达式,分析了扫掠轮廓线在刀具曲面上的几何特性。所用的计算方法高效精确,可为复杂曲面加工过程的动态模拟和加工误差的控制奠定了数学基础。4.介绍用B样条表达五轴数控加工中刀具扫掠轮廓线的算法。首先根据轮廓线的显式表达计算其二阶导矢。然后基于二阶导矢界估算轮廓线上的采样点数。接着通过B样条插值、节点消去和组合等技术求得B样条曲线。提出的方法可推广到刀具扫掠面的B样条表达,从而可为进一步提高五轴加工的误差控制,刀路检测和动态模拟奠定了的数学基础。5.在成功开发基于Windows的环形刀模具CAD/CAM软件系统的基础上,描述了系统的工作流程和功能模块,介绍了所采用的C-Bézier曲线曲面造型理论,分析了应用MFC和OpenGL实现系统主要功能模块的技术。本系统的设计方法及技术可应用于其它专业化的CAD/CAM软件设计中。