随着全球制造业水平的不断提高,五轴数控加工在复杂形面的制造中取得了广泛的应用。五轴侧铣加工因加工效率高、工件表面质量好等优点越来越受到业界的关注。然而,由于侧铣加工本身的特性,其在实际加工中的应用又受到诸多限制。目前常用的CAM软件中只提供可展直纹面的刀位规划算法,尽管近些年来针对非可展直纹面的刀位规划算法取得了长足的发展,但是对于其他相对复杂的自由曲面则需要设计者自行研究相应的刀位规划算法。这极大的加大了侧铣加工在实践中应用的难度,也制约了五轴加工机床潜能的开发。本论文以研究一种适用于圆柱刀侧铣加工自由曲面的刀位规划算法为目的,在总结前人研究成果的基础上,扩大五轴侧铣加工的应用范围。本文的主要内容包括：首先,在分析非可展直纹面侧铣的刀位规划算法的基础上,研究了基于最小二乘法的圆柱刀侧铣直纹面的刀位规划算法,该方法以映射曲线为纽带,用映射曲线和设计曲面之间的距离来描述每个刀位下的加工误差,通过单位步长的Levenberg-Marquardt方法求解最小二乘法逼近模型得到优化刀位。并与其他刀位规划算法进行对比,数值算例表明该算法具有一定的优势。其次,提出了基于最小二乘法的圆柱刀侧铣自由曲面的刀位确定方法,分析了加工自由曲面时的加工误差,通过对自由曲面进行适当分割,可以显著地减小圆柱刀侧铣自由曲面的几何残留误差。这种算法扩大了最小二乘法的应用范围,对于侧铣加工的应用范围扩大具有一定的参考意义。最后,针对不同形状特征的自由曲面,提出了两种自由曲面的划分方法：带状自由曲面划分方法和基于等照度线的自由曲面划分方法。两个算法均考虑了后续侧铣加工的误差预估,并对刀具干涉、排列情况、鲁棒性、运算量等问题进行了讨论,分析了两种划分方法的优缺点和局限性。