在纺织机械、汽车柴油发动机、轻工装备和及航空航天工业等领域中,非圆轮廓车削加工都有其应用场景。非圆轮廓零件的形状精度会直接影响其所在机构系统的传动精度和效率。实时变刀具角度补偿加工方案相比传统的将刀具固定在车刀系统上弥补了其加工过程中切削压力角和切削线速度周期性变化的问题。现有的非圆轮廓车削研究主要集中在提高快速径向伺服驱动器的定位精度上,而忽略了由所有进给驱动器复合运动而引起的形状精度偏差。本文提出了一种新颖的控制结构,该结构将形状误差视为直接目标并进行补偿。为了提高变角度非圆轮廓车削加工的精度,在此提出了形状误差估计和在线补偿策略。本文对自主开发的非圆轮廓车削加工平台进行了机械结构的建模,对该车削加工平台的结构进行基于D-H法的运动学分析,由此得到刀具位姿于工件位姿之间的坐标变换,即两者之间的运动学正逆解。另外,本文还对非圆轮廓车削加工平台的变刀具角度加工机制进行了示意,它是保证加工过程中车削角恒定为零的关键。同时,对加工过程中的形状误差做了定义,并且提出了对应的补偿策略。在理论上证明了可以通过牛顿-拉弗森迭代计实际刀尖点在理想轮廓上的投影点位置,并证明了随着补偿增益的变大,在线补偿的形状误差会按照推导的数学公式减小。但是由于jury准则的存在,补偿增益不可能很大,否则将导致非圆轮廓车削平台动态系统失去稳定性。为了将非圆轮廓车削平台的形状误差在线补偿算法进行实际的验证,需要先调节好主轴、刀轴以及直线点电机轴的伺服参数,以保持其跟踪误差较小并且稳定性好。本文采用了伪随机二进制转矩激励信号作为输入,无偏最小二乘作为辨识方法,得到主轴和刀轴的转动惯量,从而在验证误差补偿实验之前调节好伺服参数。误差补偿验证实验采取星形轮廓,分了三组不同的车削速度,对比有无在线补偿两种情况下的形状误差大小,最终分析得到:实时变刀具角度加工方法过程中,若加入在线估算并且补偿形状误差的算法,那么非圆轮廓车削加工的形状误差将显著减小。