电弧增材制造能够高效低成本成形大尺寸金属零件,在航空航天、汽车制造、模具再制造领域具有广泛应用前景。由于电弧增材制造一般采用平面分层,难以成形复杂曲面结构件,或者在成形复杂曲面形貌金属零件时,易造成能量局部积累、温度场不均匀,导致加工效率低、表面形貌质量差,翘曲变形等问题,针对上述问题,提出基于体素法实现适用于电弧增材制造的新型曲面分层及路径规划方法,提高了零件的表面质量并减少了成形过程中局部过热等待时间,从而提高了零件成形效率。提出了两种基于体素法的曲面分层方法:基于曲面偏置的曲面分层方法将基底曲面作为参考曲面,沿法线等距偏移参考曲面,与零件模型求交,得到各分层曲面。该方法能够实现基于成形基体的曲面成形,弱化台阶效应。基于生长线的曲面分层方法通过零件的最小包围盒绘制一定密度的生长线,并与零件表面求交,根据层厚将各交线段划分为若干段,确定每一个划分点所在的层数,求出每一层的边界点,形成的点云即为分层曲面,该方法具有易于实现变层厚分层的优点。开发了两种曲面路径规划算法:Z字形路径规划和轮廓路径规划。Z字形路径规划通过Y向或者X向扫描线正负往返扫描,找到每条曲线路径的起止打印点,并求出每个起止打印点之间的路经点。轮廓路径规划获取曲面层的内外轮廓线,偏置轮廓,形成轮廓路径。两种路径规划方式可根据不同零件的工艺要求选用。此外,还开发了减材制造路径,与上述增材路径协同,实现了增减材复合成形路径规划,以提高电弧增材制造的精度。以上研究工作形成了一套完整的电弧曲面分层制造路径规划软件,已经在课题组基于机器人的电弧增材制造装备和基于加工中心的电弧增材/机加工减材复合成形装备上成功应用,制造出平面分层难以制造的螺旋桨及钢节点模型。