由于自由曲面在轮机叶片、航空发动机、螺旋桨等装置中越来越广泛的应用,关于自由曲面的数控加工规划已经成为当下研究的一个热点课题。五轴数控系统,由于其较高的加工精度和生产效率、稳定可靠的加工质量,正得到越来越多的普及。但针对自由曲面的五轴数控加工的研究,仍然存在着刀位轨迹生成复杂、加工质量参差不齐等不足,本文从这些问题出发,通过展开对自由曲面五轴加工刀轨生成与优化的研究,以能够对这些问题有所改善。研究了网格模型的自由曲面的信息提取与处理。针对网格模型文件固有的格式特点,完成了数据的存储和邻接边关系的建立。为顺利完成后续刀位数据生成任务,分析了曲面的法矢量、曲率、凹凸性等重要的局部几何信息。制定了自由曲面加工刀轨生成策略。分析了加工所用刀具,设计了走刀路线。基于残留高度指标,结合行距通用计算公式,推导得出了行距计算式。基于邻接边关系,设计算法完成刀触点生成工作。结合精度要求和干涉情况,完成了刀触点筛选和干涉检验与修正工作。实现了刀轴方向整体优化。借助欧拉定理关于正多面体的相关理论,完成了刀轴方向初始可行域的生成工作。对网格待求交三角形完成初步筛选后,实现了干涉检验的算法。运用最短路径求解的相关理论,完成最优刀轴方向的确定工作。通过数据计算分析,选取了最优刀触点数目。完成了刀位文件后处理和系统设计。通过建立机床运动学方程并求解,实现了刀位文件的数据转换。借助于软件工程等知识,完成了自由曲面五轴加工刀轨生成系统的设计。