金属快速成形是数控渐近成形的一个重要分支,从1984年分层实体制造发明专利的申请成功后,3D成形技术开始向各行各业推进,在金属成形方向以激光成形最为引人注目,但激光设备搭建复杂且成本较高。为了降低开发成本,以电弧为热源进行设计,开发了柱坐标堆焊成形平台,柱坐标回转结构减少了插补计算和大曲率处的金属过堆积,免了传统直角坐标模式下机械零点反复设置及坐标轴垂直度调整,方便在任意地方搭建及打印。开发了柱坐标插补算法,驱动旋转轴和移动轴完成轮廓曲线的勾勒,以断续圆弧进行快速轮廓填充,保证堆焊快速完成。为寻找电参数与成形质量间的统计规律,设计了三因子二次通用旋转回归试验,根据实验数据得出单因素对焊缝成形质量的影响规律:焊缝质量受焊接电流的影响很大,随着电流增加,熔池内能量积累增加,电弧挖掘力加强,熔宽和电弧热影响区明显变宽,送丝速度对焊接质量有一定影响,但影响不大;成形速度是焊接过程中的一个关键参数,成形速度过快单位时间内送入熔池的金属量会减少,导致焊缝被拉长,甚至出现断续状;实验发现送丝速度对焊缝余高的影响最大,送丝速度增加会导致单位时间内送入熔池的金属量增加,由于熔池束缚作用使得焊缝的余高增加,相比焊接电流增加幅度较大;成形速度对焊缝的余高影响也较显著,当其他两个成形参数保持不变时,成形速度越快单位时间内送入熔池的金属量就越少,导致焊缝余高会相应地减少。根据实验数据求出了成形参数与成形质量间的回归方程,成形质量模糊控制模块的研究提供理论基础,并通过显著性检验验证了方程的合理性。建立了相邻焊缝间的数学模型,在按照实验得出的最佳成形参数下,进行了成形间距对顶点高度差、搭接率的影响实验。实验结果表明:若焊缝间距大于4.2mm,两道焊缝搭接量不足,会在两道焊缝间形成低谷,易导致空洞等焊接缺陷,甚至在两道焊缝间出现未熔合区域,严重影响成形件的力学性能,若间距小于4.2mm,单位长度上的金属量增加,在相同的成形参数下,会使成形表面凸起,呈现出明显的阶梯效果,且过小的成形间距也不利于快速高效成形,最后发现,当成形间距为4.2 mm、成形电流为110 A、成形速度为6 mm/s、送丝速度为50 mm/s时,较有利于堆积成形的顺利进展,且成形件的各项力学性能良好。在插补,填充算法的配合下,按照数学模型的计算要求,筛选出了适应于堆焊成型的最佳参数,为后期智能专家库的开发具有重要的参考意义。