当前,作为数字化制造核心的数控加工技术正向高精度、高精密和高效率、高可靠性方向发展。由于五轴数控加工增加了两个旋转自由度使得在五轴加工过程中刀具的位姿能够随着加工曲面形状的变化不断进行调整,因此被广泛应用于自由曲面加工中。如何实现复杂曲面多轴精密加工已成为当前数控技术领域迫切需要解决的课题。目前,有关精密加工的研究大都针对球头铣刀,而非球头铣刀的多轴精密加工还未形成成熟的理论和完善的技术体系。环形铣刀作为比较典型的非球头铣刀,具有加工效率高、加工质量好等特点,在复杂曲面加工中有非常好的应用前景,因此,本论文针对环形铣刀五轴加工复杂曲面中的切削力几何建模、刀具路径规划及五轴加工切削稳定性等问题进行了深入研究,具体研究内容如下:1)建立了五轴加工中的工件坐标系、刀具坐标系和局部坐标系,根据环形铣刀的几何结构建立了环形铣刀的表面方程;利用微分几何原理和坐标系间的转换关系,推导出了在铣削过程中环形铣刀刀刃上任意一点的运动轨迹方程。2)以复杂曲面为研究对象,利用包络理论及曲面求交方法,分别求解出任意时刻参与切削的切削刃最低点和最高点,从而计算出任意时刻的有效切削长度。分析了不同刀具位姿角对有效切削长度的影响并进行了计算和仿真,结果表明侧偏角对有效切削长度的影响不明显,与实体法相比,计算效率高,与离散法相比,求解精度高。利用刀刃的实际运动轨迹方程推导出精确计算瞬时未变形切屑厚度的公式,将研究的模型代入传统的切削力积分模型,通过仿真和试验验证了模型的有效性。3)研究了复杂曲面五轴数控加工的刀具路径规划技术。利用微分几何中的密切面理论提出了一种计算走刀步长的等弓高误差插补方法,利用等残留高度法计算出短程线方向上相邻刀具路径上的刀触点,进而生成相应的刀具路径。仿真和试验结果表明,本文提出的等弓高误差插补方法不但能够保证所有插补点都落在加工曲面上,并且在满足插补精度前提下,插补点数量明显减少,从而提高了插补运算的速度。此外,两相邻刀触点的实际弓高误差变化均匀,都稳定在弓高允差附近,相比于传统的等参数法,零件的加工表面质量更好。4)针对复杂曲面五轴加工中刀具和工件间的全局干涉问题,提出了一种新的干涉检测方法。首先,通过四个极值平面快速建立检测区域边界,对初始检测区域内的点进行有效性筛选,得到有效检测区域;然后,对该区域进行投影,通过干涉判断和细分技术寻找出投影区域内的最大干涉点;最后,通过调整前倾角来避免干涉,并利用Matlab和Vericut仿真软件对环形铣刀五轴铣削复杂曲面的干涉实例进行了加工仿真,验证了方法的有效性,为铣削加工前的干涉检测提供了一种新方法。5)研究了五轴铣削加工中的稳定性问题。根据铣削加工中的动力学方程,运用HAMM方法和IAM方法构建了状态传递矩阵,利用Floquet理论,判定系统的稳定性,从而获得了系统的稳定性叶瓣图。Matlab软件仿真和试验结果表明,HAMM方法和IAM方法与1st-SDM法、2nd-FDM法相比具有更高的计算精度和预测精度,是预测稳定性的有效方法,且仿真结果和试验结果一致。对于双自由度铣削动力学模型,仿真结果表明,IAM方法的预测精度高于HAMM方法。