运动控制技术是数控技术中的关键技术,决定了数控技术的加工效率、精度和质量等,数控系统具备的基本运动控制方式为空间直线运动和平面圆弧运动,采用直线加减速实现程序段内的速度升降。对于越来越多的复杂轮廓曲线数控加工需求,一般由CAM软件预处理成密集加工点列,由数控系统通过直线或圆弧插补形成刀具的运动轨迹,并通过直线加减速方式实现线段内的梯形速度控制。由于复杂轮廓曲线的几何特征,直线或圆弧插补的加工精度低,且由于线段间的过渡速度需要降为零,导致伺服系统启停频繁影响加工效率。在上海市科委重点科技攻关项目支持下,论文研究了样条曲线、空间圆弧和螺旋线等复杂轮廓曲线的直接插补方法,建立了线段间的速度平滑衔接算法,最终开发出具有自主知识产权的高性能运动控制系统。具体研究内容包括:针对现有B样条曲线插补方法需要预处理、计算效率低、实时性差的不足,提出了一种基于三次B样条曲线,通过预判加工速度,设定段间连接点切矢量的新方法,建立以时间为参数的样条曲线方程,可同步完成插补轨迹和速度规划新算法。由于无需预先遍历所有点列,该算法计算效率和实时性高。将四元数引入空间曲线插补算法中,简化了常用的矩阵变换计算方法。通过对加工圆弧分析得到起点以及旋转角度,采用四元数旋转插值理论实现圆弧轨迹插补,并通过添加偏移矢量形成了螺旋线插补算法。通过将线性加工速度参数转化为角速度,建立了旋转运动下的S曲线加减速速度规划模型。该算法实现了空间圆弧、螺旋线等空间曲线的直接插补,而且避免了矩阵坐标变换存在的万向节锁死、计算量大等问题。对小线段速度前瞻算法进行了分析,然后提出了一种基于刀具路径廓特征的速度前瞻算法,通过分析待加工轨迹上的拐点特征,采用动力学约束方程计算出最大允许衔接速度,并通过速度迭代算法实时修正直线或正弦曲线加速度。该算法实现了小线段间的速度平滑衔接,提高了运动柔顺性,可以提高加工效率和质量,并减少机床冲击。构建了基于ARM芯片的嵌入式运动控制器的软硬件系统,介绍了运动控制器的功能和性能,分析了硬件模块构成以及相应功能,阐述软件架构与工作流程。搭建了多轴运动测试系统,通过实验对论文所提出的算法进行了验证。最后,对全文工作进行了总结,提出了创新点和有待进一步研究之处。