当前珠宝产业仍属劳动密集型产业。随着经济发展和人们生活水平的提高,人们对个性和时尚的追求使得珠宝定制化成为一种趋势。而传统的珠宝设计方法效率低,设计周期长：同时,人们对珠宝的需求量也日益增强,而珠宝切磨师却相对短缺。由此提出了宝石磨雕机器人CAD/CAM系统的开发需求。本文根据宝石琢型的设计方法,结合计算机技术和机器人技术,基于现有5自由度宝石加工机器人的结构,进行了宝石的计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)系统的开发。通过对比分析当前实体造型和表达的常规方法,结合宝石设计的特点,基于半边数据结构(HDS)实现了刻面宝石琢型表达和数据存储。对凸刻面实体的几何要素特征进行了分类,采用面向对象的思想,建立了实体、表面、边线和顶点各个几何特征类,并根据宝石切割工艺,对每个特征类进行了功能实现和封装。应用矩阵运算和解析几何学,推导完成了实体仿射变换和切割算法。根据当前对宝石琢型多样化的需求现状,设计了自由刻面琢型CAD和典型琢型参数化CAD,实现了图形化人机交互设计功能,有效地提高了系统的通用性和灵活性。根据磨雕机器人的机构构型,采用D-H方法建立了机器人关节坐标系,并使用齐次变换方法建立了机器人关节变量与宝石琢型刻面参数的数学关系,推导了机器人末端粘杆位姿的数学表达式。对刻面加工工序进行了研究,完成了刻面加工排序算法,实现了手动和自动两种刻面排序和分组模式的功能。参照通用数控加工代码国家标准,设计了宝石磨雕机器人专用NC代码编译模块,实现了NC代码文件的导出和导入功能。充分借鉴了主流CAD软件系统和数控系统的功能布局,以Visual C++6.0为平台,开发了宝石CAD/CAM上位机软件系统,实现了宝石CAD和CAM的有效集成。根据实际需要设计了各个子功能类,并划分了系统功能模块,实现了各个模块之间的数据交换和共享。系统的设计充分考虑代码复用和资源占用,提高了系统的效率和稳定性。采用“全局脉冲分配”算法,解决了伺服系统控制脉冲的误差问题,有效保证了系统的控制精度。最后进行了典型琢型的加工试验,对球面内接多面体和祖母绿琢型进行了加工。结果表明,所设计的数据结构和加工控制算法正确可行,软件系统运行可靠,可以完成宝石加工任务。该系统的开发实现对提高宝石琢型的设计效率和加工自动化程度具有推动作用。