先进制造技术和计算机技术的发展给数控加工技术带来了全新的机遇，传统数控机床也不断向各种轻量级智能数控产品发展。雕刻机作为数控机床的一种，配以先进的数控系统，广泛应用于金属、石材、木材和塑料等材料的雕刻，提高雕刻机加工质量和加工效率有重要研究意义和应用价值。
对于泡沫工件上通孔、型腔图案的雕刻，从制造工艺和流程的自动化控制等方面来看，目前的研究仍存在一些不足，如：1）现有数控加工系统中一般将CAD软件生成的图形文件解析后直接生成数控加工代码，产生加工路径无序和多余刀具空行程路径等问题。2）传统的机械雕刻刀具受刀具结构及几何尺寸影响，不能一次完成平面和立面的雕刻；另外，传统机械雕刻采用等距行切法或环切法进行型腔雕刻，多次重复运动雕刻效率低。3）对于工件表面孔群雕刻，最短路径规划效率仍有待提升。
本文以提升圆弧曲面型泡沫工件表面零件的雕刻效率为目标，在五轴雕刻机主轴加装矩形电热丝刀具对工件进行热熔雕刻。本文的研究工作如下：
设计并实现了一个基于DXF文件的五轴热熔雕刻系统。该系统能够实现DXF文件解析和绘制，通过几何约束的数学方法将图元信息进行封装，形成待加工的零件图案库；2）结合论文提出的基于射线模型的路径规划方法，一次性完成平面和立面的型腔雕刻降低了电热丝对泡沫工件表面的烫损影响，提高了工件表面的雕刻质量和效率；3）针对孔群雕刻，采用启发式遗传模拟3-opt算法进行路径优化，实现孔群雕刻最短路径自动排序，提高雕刻效率。
在五轴雕刻机平台上开展雕刻加工实验，实验结果表明，基于射线模型的环切路径规划方法与传统环切法相比，实现了一次性平面立面雕刻，减少了电热丝对软质材料的烫损影响，且雕刻时间缩短34%。启发式遗传模拟3-opt算法相比于遗传算法、模拟退火算法和3-opt算法，减少了雕刻机的空行程路径长度，对全局雕刻效率的提升有着重要意义。
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