目前,自由曲面在工业生产中得到了广泛的应用。针对自由曲面的加工,目前的生产实践通常采用的是点铣法。而与点铣法相比,侧铣加工方法具有加工效率高、表面质量好等优点,受到了研究者们的关注。但是鉴于自由曲面的多样性、复杂性,针对自由曲面的侧铣加工尚未形成一套成熟的理论与技术。本文利用微分几何学的相伴曲面方法,建立侧铣加工的误差模型,结合试验设计与代理模型计算,研究自由曲面侧铣加工刀位生成的一般的理论与方法。在NX软件中建立曲面模型后,导出为IGES文件,然后编写程序将其读入到MATLAB中。利用NURBS曲面的相关理论与方法,建立了曲面对象的数据成员和成员函数,实现了求曲面上的点、切矢、法向量、主曲率、主方向以及交换曲面参数、反转曲面方向、求点到曲面的距离等功能。考虑到一般自由曲面不能一刀加工成型,使用直纹面拟合自由曲面的方法划分了加工带,并生成了初始刀位。针对在单刀位下得到刀具包络面与设计曲面之间的误差这个问题,以标杆为联系刀具曲面与设计曲面间的纽带,建立了包络误差模型。并利用标杆最小值条件与包络条件的等价性,提出了基于特征标杆的误差优化目标函数。由于刀轴位姿与包络误差之间的关系不能用显式函数来表示,使用试验设计和代理模型的方法将刀轴位姿与包络误差的关系显式化。为此使用了以下三种代理模型:1)使用了面心立方试验设计和多项式响应面代理模型进行了刀位规划,结果表明,该算法能够达到较高的精度,算法稳定且误差分布较均匀。2)使用了正交拉丁方试验设计和径向基函数代理模型进行了刀位规划,结果表明,该算法得到的最大误差值比用响应面法得到的小,算法比较稳定,但误差分布不如多项式响应面法均匀。3)使用了正交拉丁方试验设计和Kriging代理模型进行了刀位规划,结果表明,该算法得到的误差最大值与径向基函数法得到的误差最大值相似,算法稳定,而且能获得较均匀的误差分布。为了将提出的刀位规划算法更好地运用于实际的工作中,使用MATLAB 2017a开发了初步的应用软件,具有曲面信息的导入和调整、加工带划分、初始刀位的生成,单刀位试验,刀位规划,刀位的显示,输出CLSF文件等功能。为此,在精加工刀位规划的基础上增加了非切削运动规划和半精加工刀位生成等算法。此外,为了验证算法的有效性,使用CAM软件NX 11.0以及vericut 7.4对加工过程进行了仿真,并使用五轴数控加工中心进行了加工实验。结果表明,提出的刀位规划方法是合理而有效的。