现阶段计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)、计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing,CAM)均已实现了三维化。而作为连接CAD与CAM桥梁的CAPP(Computer Aided Process Planning,CAPP)系统仍主要停留在二维阶段,对于传统的CAPP系统,在工艺设计前,需要将来自CAD系统的产品设计模型转换为二维工程图,在CAPP中建立的工序图又需要转化为三维模型后提供给CAM系统生成刀轨和用于加工仿真,模型在3D与2D之间的转换可能造成传递过程中信息的丢失,不利于系统的信息集成,数据传递效率低,已经成为制约CAD/CAPP/CAM系统集成的瓶颈。同时传统的CAPP系统对已有工艺文件的复用程度较低。对于上述问题,实现CAPP系统的三维化显得尤为重要。本文在详细分析了三维工艺研究现状的基础之上,针对工艺模板复用与新工艺的快速生成,工序模型生成等方面的问题,指出了三维工艺设计系统研究的主要内容。并结合船用柴油机制造企业需求构建了一个基于TCM与NX的三维工艺设计系统总体框架。本文的主要研究内容与成果如下:1)为了在加工特征与工艺路线的工步、工序间建立关联,以船用柴油机关键件的连杆为对象研究了加工特征编码技术,在产品定义阶段将加工特征编码以产品制造信息(PMI)的形式标注在零件加工特征上,并以此为标记进行加工特征的识别。2)基于加工特征分组的对典型零件完整工艺路线模板进行变型设计,从而生成新工艺的方法,以实现船用柴油机关键件工艺路线的快速生成。该方法包括三维结构化工艺路线模板的建立、加工特征分组、特征信息传递、加工特征/工步关联、特征信息比较、三维工艺路线模板变型等步骤。经验证该方法能快速有效地生成新的工艺路线。3)研究了工序模型的逆向生成方法,通过Wave关联技术确保了各工步中工步模型之间的关联性,并以零件设计模型为基础通过添加材料的方式生成中间工序模型。4)研究了工艺资源匹配技术,主要是针对工序通过一级匹配和基于加工质量统计分析的工艺资源评价,最终通过工艺资源的二级匹配为工序选择合适的机床。