目前,在传统的激光堆积工艺中,成型系统采用准三维的堆积模式,模型分层处理方式采用固定式沿着选定方向进行,对含大倾角、大悬臂和弯曲类等特征的复杂几何形体使用支撑结构来完成堆积工艺,常造成堆积精度降低和后处理困难的问题。所以,激光无支撑堆积成型技术是今后发展的重点方向,而其中最重要核心要素是无支撑分层算法,因此对无支撑分层算法开展研究可为激光无支撑堆积成型技术发展提供坚实的核心基础。本文针对基于多自由度激光堆积成型零件中心轴线的分层算法研究。该分层算法是基于五轴数控机床对金属零件进行直接堆积,以几何模型的中心轴线为分层的指导方向,分层平面始终沿着几何物体中心轴线的生长的垂线方向分布,根据几何形状的变化确定分层位置,在系统条件允许的范围内最大化的实现无支撑堆积。首先,依照基于多自由度激光堆积成型零件中心轴线分层的技术特点,介绍整个加工设备所需的基本模块,对一些需要改进的重要设备模块提出技术要求,选择出符合要求的设备模块,为实现该分层技术提供硬件设备的保障。分析传统激光堆积成型软件处理方式,深入解剖STL数据格式问题,选择无需格式转换的直接分层形式为实现高精度无支撑堆积的分层算法研究奠定基础。其次,分析现有分层模式和不同的层厚控制算法的差异性以及各自存在的不足之处,并结合几何图形,根据图中相对位置的几何关系,深入剖析悬臂结构的堆积机理,推算堆积悬臂结构不会发生下垂、坍塌的工艺参数之间关系;提出几何模型中心轴线的搜寻过程和模块化的方法,推导出等中心轴线斜率的分层算法,并完成该算法的流程图。再次,创新性提出以“投影求补面积”的层厚控制方法推导出变中心轴线斜率的分层算法,以及根据混合中心轴线的斜率变化采用不同的分层算法实现对一般几何模型分层,并给出对应分层算法的流程图。最后,按照上述提出基于几何模型的中心轴线实现金属零件激光无支撑堆积的算法流程,利用Pro/E三维软件的建模以及一系列的操作实现对该算法可行性进行验证并加以实现。