船模是根据船体的型线图和型值表,按一定比例缩小制造的船体模型,是预测实船航行性能和辅助船舶科研教学的重要工具。本文针对船模曲面尺寸大、形状复杂、木材材质的特点,特别是形状对称的特性,基于一种新型的数控对称加工方法,深入系统地研究了船模曲面分片造形、分片加工的理论方法。根据船模曲面的型线图和型值表,本文研究了两种构造船模曲面三维型线网格结构的方法:型线重构法和几何变换法。船模曲面的三维型线网格结构是船模曲面分片造形的直接依据。本文重点研究了插值型线的两种曲面造形方法:蒙皮法和过曲线网格法。通过分析比较两种方法构造船模曲面的造形效果,指出过曲线网格法是适合船模曲面三维造形的主要方法;鉴于过曲线网格法构造曲面的前提是要求存在拓扑矩形网格结构,而船模曲面的三维型线网格结构一般不满足这个要求,为此本文提出了一种局部包容和分片造形方案;船模曲面经包容分片后,满足了过曲线网格法的要求,最大限度地利用了船模曲面的三族型线,保证了船模曲面的造形精度和光顺效果。以高效、高精加工为目标,以四坐标对称加工机床为加工平台,本文归纳了船模曲面对称加工刀具路径规划的四个准则:木材切削准则、对称加工准则、分片加工准则和水线加工准则;根据木材切削的经验公式绘制了船模曲面粗加工的工艺参数曲线;基于上述刀具路径规划准则,提出了一种分阶段、分区域的分片加工工艺方案,并通过数控编程对该方案进行了仿真验证。针对大型对称曲面的数控加工,本文定义了一种新的数控对称加工方法,分析了数控对称加工的关键技术,研究了对称加工的实现机理和防撞技术。基于以上研究成果,自主研制开发了国内首套四坐标船模曲面数控对称加工系统。实际加工结果表明:该系统将船模曲面的加工时间由手工加工的45个工作日缩短为7个小时,将船模曲面的对称误差由1.5mm减小到0.47mm,相对于传统的四坐标单刀加工机床,加工效率提高了85%。