激光加工技术具有效率高、材料消耗低、环保等诸多优点,自诞生之日起就引起人们的高度关注,为此,用于激光加工的数控机床的开发成为数控机床发展的重要发展方向之一。相比于传统数控机床,激光数控机床对机床控制系统提出了更高的要求。本文结合国家重大专项课题,针对航空发动机叶片等关键零件的特种加工需求,开展超快激光机床控制系统的开发,实现无重铸层等高精度加工需求。基于此,本文主要从以下四方面开展研究:针对激光数控机床的控制要求及激光数控机床的专用性强等特点,研究开发基于模块化特点的软硬件体系结构,该方案采用集中控制与分布式控制相结合的模式,将系统不同的功能分别由不同的子模块实现,并开发协调控制模块实现各子模块的任务同步处理。针对五轴联动中旋转轴运动所带来的非线性误差等问题,通过开展五轴加工实时插补技术的开发,实现五轴联动的高速平滑运动控制。研究了系统各模块间的可靠通信技术。由于控制系统具有实时多任务并行执行的特点,为此,保证各个优先级、实时性要求、通信协议不同的任务能够相互协调、有条不紊的运行是非常必要的。针对超快激光加工专业性较强的工艺特点,进行超快激光加工工艺技术的研究,并结合以上工艺需求,开发专门的系统功能模块,满足航空工件对超快激光加工的要求。通过对以上内容的研究,本课题解决了国产数控系统用于航空工件加工的若干关键技术问题,其中主要创新点包括:提出了基于分层网络化的软硬件总体体系结构的设计方案。采用分层网络化方案可以继承原有数控系统的先进开发经验,一方面,保证所开发的系统具有控制稳定可靠性,另一方面,系统结构具有开放性特点,便于系统结构的灵活配置,从而降低系统的维护成本。针对激光数控机床的专用性强等特点,由专业人员开发专业模块,既有助于发挥专业厂家的技术优势,同时提高了系统的开发效率。提出了采用在拐角处增加过渡运动段实现轨迹平滑处理方法。本文采用空间圆弧实现程序段间的轨迹转接,保证轨迹的C1连续性,其具有计算简单、技术成熟等特点,在提高拐角速度方面,采用实时前瞻技术,实现平滑且高速的轨迹运动效果,提高工件的整体加工效率。提出了实现旋转轴光顺运动的控制策略。该策略考虑加工过程中刀轴旋转引起的加工误差,通过刀轴矢量插补实现旋转轴的姿态控制,对于不能采用刀轴矢量插补的奇异点附近,则采用刀轴角度线性插补的方法进行处理,同时进行各轴速度约束处理及三次样条平滑处理。并且针对奇异点处理,提出了改进的运动控制算法,克服原算法存在运动冗余的不足,从而实现五轴加工中旋转轴的平滑运动控制。采用了基于中间件技术的系统信息交互。针对控制系统具有实时多任务并行执行的特点,为保证各个优先级、实时性要求、通信协议不同的任务能够相互协调、有条不紊的运行,解决支持不同通信协议的模块通信的兼容性问题,为上层的应用开发提供统一的API函数接口,从而屏蔽具体的实现细节,提高系统的开发效率。结合超快激光加工专业性强的工艺特点,进行了系统工艺软件的开发及设计。解决制约系统开发的瓶颈问题,填补了采用国产数控系统实现超快激光加工控制的技术空白,有助于提升我国整体的制造业水平。最后,本文以喷油杆油孔、空心涡轮叶片气膜孔等典型加工工艺为例进行加工验证,验证了所开发的控制系统满足实际的加工需求。