随着计算机技术和信息技术的发展,CAD、CAPP、CAM、CNC应运而生并被广泛应用,这些计算机辅助系统已经成为产品数字化设计及制造的重要组成部分,也是实现智能设计与制造的关键。由于CAD、CAPP、CAM、CNC四者之间缺少统一的数据模型,因此各系统间尚不能实现完全的信息共享,从而使得它们成了一个“自动化孤岛”和“信息孤岛”,无法实现CAD/CAPP/CAM/CNC集成,严重阻碍了智能设计与制造的发展。STEP-NC是一种以基于制造特征的方式描述加工对象的新型数控编程数据接口国际标准,其涵盖了加工所需要的全部信息,并且支持数据的双向流动和网络化制造。这为CAD、CAPP、CAM、CNC间信息的交换和共享提供了有效途径,将会促进CAD、CAPP、CAM、CNC的集成,同时也会给数控技术、先进制造技术、网络化制造、智能制造等带来革命性的影响。本文以基于STEP-NC的CAD/CAPP/CAM/CNC集成系统为研究对象,主要对基于STEP-NC的特征建模、基于STEP-NC的智能非线性工艺规划和基于Voronoi图的STEP-NC复杂型腔刀具路径规划进行研究。本文主要研究内容如下:（1）首先,介绍了本课题的课题来源、课题的研究背景以及课题的研究意义。然后,分析了国内外对基于STEP-NC的特征建模及特征识别、基于STEP-NC的工艺规划以及基于STEP-NC的刀具路径规划的研究现状,并总结了目前研究的不足之处。最后,提出了本文的主要研究内容。（2）针对基于STEP-NC的特征建模及特征识别存在的问题,对基于STEP-NC的特征建模进行了研究。首先,根据特征建模的需求改进了 STEP-NC的制造特征数据模型。然后,依据改进数据模型的信息,利用知识融合语言（KF）对三维建模软件UG进行二次开发,在其内部建立基于STEP-NC的特征建模模块并实现了基于STEP-NC的特征模型的创建。（3）针对基于STEP-NC的工艺规划存在的问题,提出了一种基于STEP-NC的智能非线性工艺规划方法。在该方法中,首先将规则、混沌萤火虫算法、BP神经网络相结合实现了智能STEP-NC装夹规划。接着,应用混沌萤火虫算法改进BP神经网络,并通过改进BP神经网络的嵌套推理实现了智能STEP-NC宏观工艺规划。接着,采用加工操作优先图搜索算法实现了智能STEP-NC详细工艺规划。最后,基于规则和混沌萤火虫算法实现了智能STEP-NC微观工艺规,从而提升了工艺规划的自动化、非线性、智能性和效率。（4）针对基于STEP-NC的刀具路径规划存在的问题,提出了一种基于Voronoi图的STEP-NC复杂型腔刀具路径规划方法。在该方法中,首先生成STEP-NC复杂型腔内外轮廓的Voronoi图。然后,将内外轮廓的Voronoi图进行合并,得到用于刀具路径规划的Voronoi图。最后,采用最小残留高度法计算出走刀行距,将型腔轮廓的内外边界在其各自的voronoi区内依次向内或向外偏移,进而得到STEP-NC复杂型腔的刀具路径。（5）以Visual C++6.0为开发环境,使用MFC应用程序开发框架,在Win7系统平台下对基于STEP-NC的CAD/CAPP/CAM/CNC集成系统的原型系统进行了开发。