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随着现代工业的发展，CAD/CAM技术已广泛应用于各行各业，其发展和应用水平已经成为衡量一个国家科技现代化水平的重要标志之一。本文是围绕自由曲面CAD造型及其数控加工展开的研究，主要研究工作包括BéZier曲线降阶算法、自由曲面数控加工、基于Pro/TOOLKIT二次开发NURBS曲线曲面拟合研究。
首先，自由曲面造型是CAD/CAM技术中的一项首要内容，其中的Bézier曲线降阶算法是自由曲面形状数据的压缩及传递中急需的一项关键技术。为了工程实际应用的需要，本文选择具有代表性的扰动控制顶点降阶、基于Chebyshev基函数、基于Legengre基函数的Bézier曲线降阶算法，通过大量在MATLAB上编程实现的降阶仿真实验，证实了降阶理论在工程实际应用中的可行性，仿真结果显示了基于Chebyshev基函数降阶算法具有全局最优逼近的特点。通过对Bézier曲线降阶算法的比较，分析指出不同降阶算法的逼近误差特点，为CAD/CAM系统的设计开发提供了富有参考价值的指导性意见。
其次，自由曲面数控加工促使了数控加工技术的产生，而且也一直是数控加工技术的主要研究及应用对象。本文主要对自由曲面数控加工工艺参数的优化原则进行了探究，并应用于Pro/NC的曲面铣削实例中，解决了自由曲面数控加工时机床和刀具选择、切削用量、进给速度、背刀吃量确定的优化问题。
最后，自由曲面造型中根据曲面模型复杂型面上的离散型值点的点云数据进行自由曲面重建既是重点也是难点。本文针对自由曲面已知的部分初始型值点的点云数据，给出了反求NURBS曲面的控制点、生成插值和逼近拟合曲面的计算方法。通过Pro/ENGINEER菜单及对话框的开发，能够将拟合曲面功能融入Pro/ENGINEER系统，因此本文对基于Pro/TOOLKIT二次开发进行了研究。实现了Pro/TOOLKIT二次开发的整体框架设计。分析了创建Pro/TOOLKIT应用程序的基本方法，完成了Pro/TOOLKIT二次开发环境设置及应用程序菜单设计，并实现了应用程序的编译连接及注册和运行，在VC++6.0环境下，基于MFC建立了曲线拟合对话框。通过对Pro/ENGINEER二次开发，能够使该软件根据型值点绘制逼近曲线，极大提高整体的设计和绘图效率。