与普通淬火方法相比，激光热处理具有热处理变形小、加工精度高、工艺周期短、加工柔性好、节能环保的优点。然而现有的激光加工数控系统只能对简单的直线、圆弧或者特定曲线轮廓的工件进行加工,无法对任意曲线轮廓的工件进行激光热处理。通过对工件表面激光热处理工艺的研究与分析，了解到工件要获得较好的热处理效果，需要在工件表面形成均匀的硬化层，而获得均匀硬化层的关键因素在于在激光热处理的过程中保证热效应时时相等。针对工件轮廓为任意曲线，分析了激光热处理过程中热效应的工艺参数，得出了实现激光热处理热效应时时相等的三个关键条件：第一，激光聚焦镜中心到工件表面的距离不变；第二，激光光束始终沿工件轮廓曲线的法线方向入射；第三，激光光斑在工件表面相对的切线扫描速度大小相等。基于上述理论，论文借鉴机器人技术，提出了基于三连杆机械手臂的扫描差值与速度控制算法。将激光束假设成长度恒定的旋转臂，可将控制简化为对机械手三连杆的操作。通过计算工件轮廓曲线的等距线，让激光聚焦镜中心沿此等距线运动，同时激光束法向垂直轮廓曲线切向。通过插值计算出实时关节角度，建立三连杆雅可比矩阵，求得转角速度。运用MATLAB程序语言，实现了算法程序化，模拟并验证了算法的可行性与正确性，本论文的研究解决了在三轴联动激光加工机床上对工件曲面激光热处理的一个技术难题，填补了激光热处理技术目前在任意曲面领域的空白，为今后激光热处理技术的应用奠定了基础。