随着制造业的迅速发展,越来越多的复杂曲面被应用于航空、汽车、造船及电子产品等行业之中,如空气动力学的飞机轮廓、汽车车身、涡轮机桨叶和手机外壳等。由于这些产品的设计变得越来越复杂,导致产品的加工过程变得更加困难且费时。因此,如何提高这些特殊产品加工的效率和精度成为亟待解决的问题,而自由曲线曲面的数控加工技术是这些工业产品制造的关键技术之一。近年来,随着科技的不断进步和这些工业产品本身质量要求的提高,加工制造业对自由曲面的数控加工技术提出了更高的要求,越来越多的人投入到这项研究之中。刀具路径规划是复杂曲面加工过程中需要解决的关键技术之一,刀具路径规划是否合理直接关系到能否在误差允许范围内获得最大的加工效率。论文首先针对NURBS表达的曲面,利用等残留高度法计算了曲面数控加工的刀触点和刀位点,然后找出了数控加工刀位点数据的分布特点,并据此提出了刀位点数据参数化和节点矢量构造的近似弧长新方法。给出了NURBS拟合优化计算中控制顶点位置与数量的初始设定以及调整方法,并基于NURBS刀具路径生成的需求,提出了面向刀位点数据拟合的两步优化高精度拟合方法。此外,论文还针对一个自由曲面分别采用直线插补刀具路径和NURBS曲线刀具路径进行了加工仿真。仿真结果表明NURBS曲线刀具路径可以大大提高曲面加工的尺寸精度和几何形状精度,改善曲面的粗糙度并提高曲面的光顺性,同时也能够减少曲面后续抛光的工作量,能够很好地满足自由曲面高性能数控加工的需要。