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近年来激光加工作为一种先进的制造技术逐渐被应用到生产、生活中的各个方面，基于五轴联动激光加工机床的激光三维加工代表了激光加工制造技术的最高水平，目前五轴联动激光加工机床技术主要掌握在欧、美、日等工业发达国家，国内激光加工机床研发生产主要为平面激光加工，对五轴联动激光加工机床的研究较少。目前国际上五轴联动激光加工机床普遍采用的导向头具备结构简单易于制造安装，并且光路损耗较小等优点，但在激光加工过程中加工头相对工件进行位姿调整时引入的附加位移需要其他移动轴的补偿，且后置处理较为复杂。近年来，日本NTC公司和MITSUBISHI ELECTRIC公司在它们的五轴联动激光切割机床上采用了一种结构新颖的激光导向头，该导向头具备定点指向的功能，即在激光加工过程中加工头相对工件表面的转角调整独立于移动轴之外，使其位置精度的可靠性更高，这对与激光加工过程中提高加工质量与加工效率有着深远的现实意义。以实现激光加工导向头的定点指向功能为目的，对NTC定点指向激光导向头的结构进行了分析研究，比较分析了指向式激光加工导向头与目前国际上五轴联动激光加工机床上普遍使用的导向头之间的优缺点，依据五自由度机器手在激光加工系统中的性能表现，设计了一种基于光纤传能的指向式激光加工导向头，从理论方面计算分析了指向式激光加工导向头主要结构的尺寸参数及力学参数，通过Pro/E三维建模软件对指向式激光加工导向头进行三维建模装配分析对其结构参数优化。通过机械系统动力学自动分析软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis ofMechanical Systems）对指向式激光加工导向头进行仿真分析，获得各种运动状态下指向式激光加工导向头两轴处受到的力及力矩情况，与计算结果相结合进一步优化结构参数，并根据仿真分析C轴在加速状态下所受力矩的大小，确定了采用57步进电机作为驱动单元时导向头能达到的最大加速度。为对指向式激光加工导向头的性能进行检测，设计了基于位移平台的五轴联动激光加工系统，用开源控制软件Mach3对该系统进行控制，通过激光划线实验对指向式激光加工导向头进行调试，获得了最佳调试状态下的激光划痕，通过分析误差来源论证了指向式激光加工导向头的定点指向功能实现的可行性，为其近一步工业应用研究奠定了基础。