氩弧焊增材制造技术是一种将传统焊接方法与快速成形技术相结合的金属零件制造方法。相比于传统制造方法,具有周期短、成形件致密度高、可控性好以及设备成本低等诸多优点,广泛应用于医学、生物、航空航天等领域。本文基于江苏省科技厅金属增材制造设备研制项目,设计了氩弧焊增材制造系统,对成形方法进行了研究,提出了多种制件力学性能优化结构设计方法,针对增材制造过程成形精度不高问题设计了铣削减材方法,提高轮廓表面平整度。首先,设计了氩弧焊增材制造系统。包括硬件平台结构设计和系统软件开发,硬件平台部分结合功能分析,进行设备选型,制定出相应的系统控制方案。软件方面分为两个部分:下位机运动控制软件完成对现场成形设备的控制,上位机监控系统软件负责与运动控制器实时通讯,将控制与现场分离,保证了成形的安全性。其次,研究了模型轮廓成形方法,并针对单纯轮廓件的力学性能缺陷提出了两种优化填充结构设计方法。开发了基于Cura引擎的轮廓数据点提取软件,提出层叠和螺旋上升两种轮廓成形路径规划方法;另外,以轮廓为边界设计了平行扫描线和蜂窝六边形结构填充方法,根据电弧法成形特点,研究各自最优的成形路径。然后,针对增材成形过程的尺寸误差问题,提出了基于轮廓内缩的分层分割铣削余量法的铣削减材方案。铣削方案分为轮廓铣削和顶面铣削两个部分,分层分割铣削余量方法减小每次铣刀铣削压力,有效提高铣削精度,并延长铣刀寿命。最后,设计实验,验证前文多种方法研究的正确性和有效性。通过样条实验,得到了成形参数与成形效果之间的关系,分别进行轮廓件、填充件、凸实体件的成形实验,提出了基于B样条曲线的轮廓奇点优化方法,有效提高复杂轮廓件成形精度。通过力学实验,验证了填充结构对提升制件力学性能的有效性。进行了铣削实验,实验结果良好,表明复合成形过程能有效提高制件成形精度。