在汽车制造领域,轮胎作为唯一与地面接触的零件,其结构十分复杂,而随着计算机辅助设计技术的不断发展,如何进行高性能轮胎生产逐渐成为工业界关注的热点问题。本文研究了轮胎设计和制造领域的几个关键问题,面向轮胎花纹模具制造提出了基于可定制刀具的三维腔体摆线路径规划方法以及侧铣路径初始化方法;面向花纹设计,开发了轮胎花纹参数化设计系统,并提出了针对花纹参数化设计的三维CAD模型检索方法。轮胎模具制造过程中存在大量难以加工的三维凹槽,开槽操作通常使用摆线加工技术。现有摆线加工路径规划采用给定形状的刀具,加工精度不高。本文提出了一种面向3D腔体的摆线路径规划算法,能够计算最优的刀具形状和加工路径,达到较高的加工精度,且能在满足刀具-材料啮合度阈值的前提下最大化材料移除率。实验结果表明,本方法能够实现对自由曲面3D腔体实现有效的高精度的摆线加工。轮胎花纹模具的非腔体部分采用侧铣技术进行加工,加工路径的规划依赖于初始加工路径的选择。本文提出了一种面向定制刀具的路径初始化算法,首先利用体素分割进行轴线采样,然后通过聚类分析选择刀具形状,最后对轴线构建邻接图,通过求解多源最短路得到初始化路径。实验结果表明,本方法自动生成的初始化路径可以在保证精度的前提下对目标曲面进行有效覆盖。在轮胎花纹设计领域,大多数工作都是在现有花纹基础上进行修改,所以花纹模型检索技术可以有效提升设计效率。本文提出了一种参数化花纹模型检索算法,将边界结构转化为属性邻接图,并通过非精确的邻接图匹配策略计算模型相似度,同时利用花纹参数信息构建基于聚类树的索引结构。实验结果表明,本方法相比传统的CAD模型检索方法在搜索效率与精度方面均有提升。最后本课题设计并实现了一套参数化轮胎花纹设计系统,支持对主沟、刀片沟等多种花纹的设计,同时支持花纹模型检索与节距排序功能。该系统不仅解决了通用CAD设计软件操作繁琐的问题,还将花纹的二维设计与三维生成相结合,用户仅需进行简单的参数设置便可进行轮胎设计,从而为轮胎制造中的数控加工方法提供指导模型。