热作模具在现代工业中占有重要地位,但因工作环境恶劣导致其损耗率很高,需要通过堆焊的方式对其进行修复,恢复至标准件的尺寸和性能。传统的人工堆焊修复存在劳动量大、工作环境差和修复质量不稳定等问题,难以适应智能化与自动化工业发展需求。为了解决这些问题,本文对电弧增材再制造技术进行研究,使用机器人对模具进行自动堆焊修复。首先,设计并搭建了面向热作模具的电弧增材再制造实验平台,该平台由三维扫描系统、模型处理系统和机器人控制系统组成,将模型处理、路径规划、机器人离线编程和堆焊成形等技术集于一体,能够满足模具因失效形式不同而产生的差异化修复需求。同时,研制出一种用于电弧增材再制造的微渣气保护药芯焊丝,该焊丝既能在机器人连续焊接过程中自动脱渣,又能满足模具修复的性能要求。其次,对IGES格式的三维模型进行路径规划。设计了基于相邻层片面积变化的自适应分层切片算法对模型进行切分,用复合式扫描算法填充层片的轮廓,并在UG/OPEN GRIP中实现了路径规划系统的开发。为了让焊枪在模具型腔中处于最佳施焊位置,在路径中加入了焊枪姿态的变换。根据机器人各关节轴之间的相对关系,建立了机器人末端控制器与基坐标系之间的齐次变换矩阵,用欧拉角计算不同姿态下点位的广义坐标值。进一步对药芯焊丝的MIG焊焊接工艺进行研究。通过实验定性分析了焊接工艺参数对单道焊缝成形形貌的影响,获取连续焊接时焊缝熔宽和层间增高量,确定了单层多道焊中最佳路径间距为熔宽的5/9。此外,采用往复堆积法解决多层单道焊中尾部塌陷问题,使用加速法改善了拐角处金属堆叠造成的尺寸差异,提高了堆焊成形的表面精度。最后,对火车衬板的失效模具进行了电弧增材再制造实验。通过三维扫描系统获取待修复部分的数字模型,根据模型的特点和焊接工艺要求,使用路径规划系统对模型进行处理,生成焊枪的移动轨迹和姿态。在对焊接过程进行仿真后,使用机器人进行失效模具的增材再制造实验。实验结果达到了预期的目标,验证了整套系统的可行性,为电弧增材再制造的应用方向提供了新的思路。