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在光学系统中采用光学自由曲面，可简化系统的结构，改善系统的光学性能，提高光学设计的柔性。在光学自由曲面零件的设计和制造中，为获得光学自由曲面加工的最佳解决方案以及如何进行光学自由曲面的可加工性评价，依靠现行的设计方法不能够达到要求。本论文致力于研发一种光学自由曲面加工软件，以获得光学自由曲面加工的最佳解决方案、并提供光学自由曲面的可加工性评价的能力。本文着重做了以下工作：（1）进行了软件平台总体框架的设计，为后续软件的开发奠定了基础。根据软件设计规范，将软件按功能分成模块的层次结构，每个模块对应软件的功能需求，同时确定了模块间的调用关系。根据软件的功能需求，本软件分为光学自由曲面设计模块、刀具轨迹生成模块、CNC代码生成与验证模块、表面形貌生成与评价模块、误差分析补偿模块、光学性能分析模块。这六大模块依次调用，形成软件的运行过程。（2）设计了软件各对象的类。根据对软件功能以及实际加工情况的分析，确定了本软件中需要设计其类的对象，如机床、刀具、自由曲面等。根据类设计的开闭原则（Open-Closed Principle）、单一职责原则（SingleResponsibility Principle）、接口分离原则（Interface SegregationPrinciple）、里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）等设计原则，设计类的结构，并且确定了类之间的调用关系。（3）设计了软件的辅助功能。本软件需要对加工过程进行数控仿真，需要对大量数据进行存储，还需要对产品数据文件进行读取。本文利用OpenGL建立了仿真视图，在此过程中，以Z-map模型和B-rep模型相结合的方式建立了本软件中的实体模型；利用SQL Server数据库设计了本软件的数据库存储模型；在对IGES文件读取过程中，设计了实体模型的数据结构，实现了对曲面实体模型的读取。（4）在光学自由曲面的加工方案中，针对FTS加工，提出了其刀具轨迹、表面形貌、误差分析的算法。根据FTS加工的特点，本文设计了CNC代码生成和验证模块。此模块不仅能根据刀具轨迹和其他加工参数自动生成CNC代码，还可以从外部导入CNC代码，对其进行验证，并根据CNC代码实现加工过程的仿真。