数控产业是支撑航空、航天、船舶及车辆等领域的支柱性产业，它直接反映了国家装备制造业的技术水平，具有重要的战略意义。为实现高进给速度、高轮廓精度数控加工，需要针对如下环节开展研究：光顺平滑的加工刀具路径生成；符合机床加工综合约束的平滑加减速规划；满足指令生成精度以及实时性要求的插补算法；满足轮廓跟踪性能的运动控制算法。当前，针对以上研究领域尚存在如下问题：商业 CAD/CAM 软件通常只能生成小线段格式的刀具路径，在线段衔接点处切向与法向的不连续性会导致速度和加速度波动，影响加工效率、质量乃至机床寿命；速度规划环节，尚未有可行的双向扫描方法用于生成加速度连续的平滑速度规划曲线；参数曲线的插补计算往往引起速度指令波动，但尚未有研究针对其产生原因进行全面分析并提出完整控制算法；目前基于现场可编程门阵列(Field-programmable gate array, FPGA)的硬件插补器尽管可以通过“硬件加速”提高插补实时性，但实质是以资源换时间，成本高且插补精度低；当采用交叉耦合控制方法对插补指令进行轮廓跟踪时，尚且缺少针对空间自由曲线的轮廓误差估计高精度方法及以此为基础的控制器设计方法。