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针对数控加工中高效简洁的进行空间圆弧插补的要求，基于四元数理论，给出了一种实现空间圆弧插补的规划算法。通过解析空间圆弧的几何特性，采用四元数旋转插值理论进行轨迹规划，并将速度相关参数转化为角度相关量，采用S曲线加减速规划方式规划加工速度。该算法实现了空间圆弧的直接插补，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。经过仿真分析，该算法计算效率高，加减速冲击小，可以满足高性能数控系统的应用要求。