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随着人们审美观念的变化和制造水平的不断提高,个性化且具有复杂曲面的零件日益广泛地应用于生产和生活中,另外全球的市场竞争要求缩短设计制造周期,因此探索复杂曲面的快速设计制造技术十分必要。增材制造AM(Additive Manufacturing)在加工复杂曲面方面具有明显优势,正向设计FD(Forward Design)和逆向设计RD(ReverseDesign)两种模式都可以提供复杂曲面增材制造所需的CAD模型,其建模快速性与精确性各有特点。本文主要研究复杂曲面的正向/逆向快速设计的关键技术,此外基于正向/逆向设计的CAD模型,提出复杂曲面增材制造的三种数据处理方法。据此,论文研究的主要内容与成果如下:(1)面向复杂曲面的增材制造,为了提高设计速度和精度,解决NURBS复杂曲面正向快速设计的关键问题,提出一种NURBS曲面局部特征重用方法。首先提出特征形状的识别和提取算法;然后制定局部特征安装的规则与方法,完成形状局部特征的复制粘贴;最后采用过渡曲面拼接算法,实现相邻NURBS曲面满足G2连续的光滑拼接。仿真结果显示,重用后特征具有良好的几何性。(2)面向复杂曲面的增材制造,从保证设计的快速性和精确性出发,为解决STL复杂曲面逆向快速设计的关键问题,建立基于延拓逼近的曲线曲面数学模型。首先建立基于延拓逼近的曲线重构数学模型;其次提出基于延拓逼近的STL曲面重构算法,较好地保证STL曲面重构的连续性和光顺性;最后对平面凸轮轮廓曲线和汽车保险杠曲面进行重构实验,验证延拓逼近曲线曲面重构算法的快速性和精确性。(3)针对正向快速设计得到的NURBS复杂曲面,为了提高成形精度与效率,提出一种面向增材制造的多策略自适应分层综合算法。首先提出切线角和毗邻分层面积变化综合判定算法去决定分层厚度;其次为保证后续数控加工的插补速度恒定和加工精度,提出基于Clothoid曲线模型的水平层面曲线轮廓重构算法。加工实例证明,自适应综合算法的分层效率高,成形后得到的复杂曲面制品具有良好加工精度。(4)针对逆向快速设计得到的STL复杂曲面,从提高成形精度与效率出发,提出一种面向增材制造的优化分层处理算法。首先为了优化水平分层厚度,在自适应切片中提出逐步细化的分层算法;然后采用延拓逼近算法去重构水平轮廓曲线;其次提出基于层片布尔运算支撑区域的识别算法。最后以加工实例验证算法的适用性和精确性。(5)基于逆向快速设计得到的空间点云模型曲面零件,为了提高成形精度与效率,提出面向增材制造的IDS(Inverse Distance Square)自适应直接分层算法。首先提出空间点云数据直接切片的新思路;然后提出IDS自适应直接分层算法,分层精度更高;其次在垂直切片投影构造面的曲线轮廓重构中,建立基于点云的延拓外推模型;最后采用角度误差法和弓高误差法,完成曲线重构与轮廓数据点的均化和精整处理。加工实例验证算法高精度和高效率。