随着科学技术的不断发展,现代工业制造技术的精进,产品设计和生产自动化程度的不断提高,复杂曲面被越来越多地应用到诸如航空工业、汽车工业、建筑设计和精密零件等的生产制造中。尽管目前复杂曲面的造型和加工制造软件已经非常强大,但它们多数被掌握在西方国家手中,而且能否构造符合工业需求的复杂曲面并将其完美制造出来仍是值得挑战的难题。因此本文对复杂曲面生产中的造型与侧铣加工两个流程进行研究,旨在构造形状优良的曲面并对其进行侧铣加工计算。在复杂曲面造型方面,本文提出了一种基于能量优化法的复杂曲面造型算法框架,该算法采用统一的算法流程构造逼近精度较好且光顺性优良的复杂曲面。针对不同类型的离散数据集,首先对逼近目标进行转化,包括计算扫掠曲面的中间帧曲线时,采用了旋转量较小的RMF标架构造变化平缓的截面曲线。算法在优化阶段采用了光顺性约束函数控制曲面形状,包含了多项全局或局部的光顺性能量项。最后与各种现有曲面构造技术进行了对比实验,体现了算法对输入数据要求不高,所需控制点较少,光顺性良好等优点。在复杂曲面侧铣加工方面,本文提出了一种交互式曲面侧铣加工刀具形状和铣削路径联合优化策略。首先让用户采用图形交互的方式得到包络面逼近误差较小的初始刀具和路径,有利于提高后续优化算法的效率和质量。在得到较好的初始包络面后,算法通过极小化约束函数将初始包络面逼近目标曲面模型继续对刀具形状与路径同时进行优化,实验结果表明,本文算法可以得到加工包络面逼近误差非常小的最优形状刀具和铣削路径。基于本文提出的方法,本文设计并实现了复杂曲面造型及侧铣加工一体化系统,能够在保证较好精度的前提下,利用较少的控制点数量构造曲面光顺性优良的复杂曲面。同时可以对复杂曲面进行便捷且用户可控性强的侧铣加工计算,得到加工的最优刀具形状和规划路径。实验效果表明了该复杂曲面造型及侧铣加工一体化系统的有效性。