随着高速高精加工要求的不断提高，NURBS直接插补在数控系统插补功能中占据越来越重要的地位，对于开发高速高精数控系统意义深远。国外少数高档数控系统如FANUC、SIEMENS等，已经具有NURBS曲线直接插补功能。国内PC架构的数控系统也部分增加了此功能，但嵌入式数控系统尚不具备该功能。也有很多关于NURBS直接插补技术的研究成果公开发表，但这些研究大多只停留在模拟仿真阶段，且针对的硬件平台大多为PC平台。因此，研究能够适用于嵌入式数控系统并且可以真正应用于实际加工的NURBS直接插补算法具有十分重要的意义。首先，本文在综合分析常用NURBS参数直接插补算法的基础上，提出了一种基于预估误差补偿的预估—校正NURBS参数直接插补算法。通过对五角星NURBS曲线实例的仿真验证，说明该算法在预估精度和校正收敛性方面都有显著的提高，更适用于嵌入式数控系统平台下的高速高精加工。全面分析了常用加减速算法的控制柔性和计算复杂度，对传统S形加减速算法进行改进。保留其柔性好的优点，将完整S形加减速模型分为加速和减速两个阶段，分别进行控制。这样有效简化了加减速模型的分类，减少了加减速规划的计算量。其次，提出基于改进S形加减速的分段NURBS参数直接插补算法。该算法分为预插补和实时插补两个阶段。在预插补阶段，将NURBS曲线划分为加速或减速曲线段，再根据改进的S形加减速算法对曲线分段分别进行速度规划，得到一条满足弦高误差、加速度以及加加速度约束的进给速度曲线。在实时插补阶段，按照规划好的速度曲线得到当前插补周期的希望进给步长，再利用本文提出的参数插补算法得到对应参数值，实现NURBS曲线的直接插补任务。最后，将本文所提出的插补算法移植到嵌入式数控系统插补器之中进行插补性能测试。结果表明，本文提出的参数直接插补算法在控制进给速度波动和降低计算耗时方面都有显著的提高。进一步对提出的基于改进S形加减速的分段NURBS参数直接插补算法进行综合性能测试，该算法在插补计算耗时控制、精度控制、进给速度控制和加减速控制方面都能达到所要求的技术指标。利用该嵌入式数控系统控制五轴双转台数控铣床，在半圆形毛坯上进行了三维空间坐标系下五角星NURBS曲线的实际加工，验证了本文算法的可行性和有效性。