五轴数控加工技术是实现复杂轮廓外形零部件高效高质量加工的重要手段。在“中国制造2025”制造强国的建设中,也将其列入重点发展任务之中。3D刀具补偿技术作为五轴数控加工技术的关键技术之一,对提高五轴数控加工质量和加工效率有着重要作用。本课题主要针对五轴数控加工3D刀具补偿技术及其后置处理进行了研究。基于二维刀具补偿原理,分别研究了三维刀具长度补偿和三维刀具半径补偿方法。分析了二维刀具长度补偿与三维刀具长度补偿的区别,利用将长度补偿量矢量分解并从X、Y、Z三个方向进行补偿的方法,实现了三维刀具长度补偿。通过建立刀具补偿模型,推导出刀具半径补偿的补偿矢量计算,解决了三维情况下刀具半径补偿矢量方向不确定的问题。基于UG的前置处理,通过修改控制刀位文件格式的函数,解决了基于UG前置不能以特定格式输出包含切触点在内的刀位文件问题,为3D刀具补偿后置处理提供了所需的刀位信息。以DMU 210FD铣车中心及其配备的数控系统SIEMENS 840D为对象,研究了实现3D刀具补偿的NC指令格式,运用逆向运动学变换原理推导出了后置处理算法,基于IMSpost平台开发出3D刀具补偿专用后置处理器,并获取了具有3D刀具补偿矢量信息的NC代码。以整体叶轮为例,在基于VERICUT构建的DMU 210FD铣车中心虚拟仿真加工系统中对其进行仿真加工分析,验证了3D刀具补偿专用后置处理器的正确性和有效性。验证结果表明:基于3D刀具补偿算法开发的专用后置处理器能够完成CLSF到具有3D刀具补偿矢量的NC程序的转换,不仅有效地提高了数控加工精度和加工效率,而且对提高五轴机床的高效高精度加工具有一定的理论指导意义和实际应用价值。