三维五轴激光切割系统凭借其高效率、高精度、高适应性等特点,在汽车零部件、航空航天、模具等行业有着广泛的应用。但由于高性能三维五轴激光切割系统相关技术一直被国外设备制造商封锁,国内在该领域缺乏相应的设计方法与经验,导致国产同类产品存在着结构设计不合理、强度不足或过高、加工工艺落后等问题。因此,研发出拥有完全自主知识产权的三维五轴激光切割系统,不仅能加快我国激光加工装备和产业的发展,更能保持中国制造业的国际竞争力。本文针对三维五轴激光切割系统的工作特点及要求,对其机械结构、技术参数和加工工艺进行了研究,具体研究内容及结论如下:（1）三维五轴激光切割系统方案设计及计算:根据三维五轴激光切割系统的设计要求,完成了切割系统整体及关键零部件的方案设计,确定了X、Y、Z各轴和三维激光切割头采用的结构形式及运动方式,并对所使用的齿轮齿条、滚珠丝杠、直线导轨及伺服电机等零部件进行了计算选型和校核分析。（2）三维五轴激光切割系统关键部件的有限元分析:利用ANSYS Workbench对三维五轴激光切割系统的床身、悬臂梁及三维激光切割头等关键部件进行静力学和模态分析,结果表明各关键部件的最大变形量分别为33.8μm、75.5μm、29.3μm,最大等效应力分别为6.73 MPa、11.5 MPa、3.85 MPa,固有频率均在60 Hz以上,各项指标满足设计要求。并基于有限元分析结果和工作样机的现场问题反馈,对三维五轴激光切割系统的Z轴组件及悬臂梁结构进行适当的优化改进。（3）三维五轴激光切割系统工艺研究与实验:针对三维激光切割过程中的特殊工艺要求,设计了一套包括激光切割头定位、辅助切割路径设置、光束半径补偿、转角过烧设置、干涉预处理设置等在内的三维五轴激光切割系统机床工艺处理。利用有限元分析软件数值模拟研究了22Mn B5热成型钢在不同激光切割工艺参数下的温度场分布变化,并在此基础上展开激光切割工艺参数实验。通过单因素实验法分析了不同激光切割工艺参数对切割质量的影响规律,并根据正交实验得出较优的工艺参数组合是激光功率1200 W,切割速度2.4 m/min,辅助气体压力1.2 MPa。本论文研发的三维五轴激光切割系统立足于实际生产需求,结构强度设计合理,机床工艺设置满足加工要求,对于提升设备产品质量具有一定的实践意义和参考价值。