随着越来越多的复杂曲面光学元件被广泛地应用于现代光学设备,相应地对光学元件的表面质量和加工精度提出了更高的要求。超声抛光与普通抛光相比可以有效提高表面质量和加工效率,因此提出一种用于光学复杂曲面元件抛光加工,致力于提高其面形精度,降低表面粗糙度,提高表面质量的五轴联动超声抛光机床是具有现实意义的。机床的运动学模型是实现机床运动学求解和控制的基础。同时在机床的加工精度控制、机床几何误差补偿、后置处理和插补等方面都要使用机床的运动学模型。机床的运动学变换的研究对于机床的数控系统的后续开发有着十分重要的理论价值和现实意义。因此,五轴联动超声抛光机床的结构方案设计,运动学建模及相关应用就成为研究的一个重要内容。本文对此进行了深入地研究。从机床的设计需求出发,分别从五轴结构布局方案,二维超声方案,在线测量方案三个方面进行了方案设计,基于SolidWorks完成了本文提出的光学复杂曲面五轴联动超声抛光机床的各部件实体建模和装配,并进行标准化参数配置,以便为运动学建模提供参考,基于精度要求完成了课题的关键部件产品选型。研究五轴联动超声抛光机床的运动学特性,运用图形变换基本原理,建立坐标变换矩阵,基于D-H法建立了五轴联动超声抛光机床部件各级坐标系,计算系统总变换矩阵,最终得到了机床的运动学模型,并进行了正向和反向运动学求解,讨论了反向运动学求解过程中的B,C角的计算方法和求解流程。将机器人学中常用的工作空间应用到五轴联动超声抛光机床中,对基于工件坐标系的五轴联动超声抛光机床工作空间给予定义和描述。基于运动学建模使用MATLAB得到五轴联动超声抛光机床的工作空间,通过拟合工作空间边界,得到了工作空间的形状和体积,当抛光工具头长度为50mm时,工作空间的体积为0.11485m3,是行程范围的4.26倍,通过分析,确定了影响五轴联动超声抛光机床的工作空间的因素,工件安装位置决定工作空间的位置,抛光工具头的长度直接影响工作空间的体积大小,两者之间成比例系数为0.3528的正比关系。分析刀位文件格式和数控加工指令格式,讨论了机床后置转角求解和后置处理器处理位姿文件的流程,结合数控程序编译算法基于C#语言编制了五轴联动超声抛光机床的专用后置处理器,针对某一典型凸椭球面元件表面加工问题,基于Pro/E生成刀位文件,通过专用后置处理器得到数控加工程序,通过在Vericut中构建仿真加工环境,导入机床模型和数控程序等步骤,加工过程得到了仿真验证。在日志文件中没有出现错误提示,证明了前文建立的运动学模型正确性,后置处理器能够完成抛光工具头数控程序的生成。本文从项目的技术需求出发,设计了满足功能需求的五轴联动超声抛光机床的结构方案,运用D-H法建立了运动学模型,基于运动学模型完成了工作空间分析和后置处理器的开发,通过仿真验证了运动学模型和后置处理器的正确性,可以为该机床的后续开发提供理论基础和技术支持。