高速高精加工主要应用于由复杂曲线曲面离散形成的一系列连续短线段加工。若数控系统直接对这样的刀具路径进行加工,进给运动会在加工路径的每个拐角处完全停止,造成严重的惯性震荡和进给冲击,在工件表面形成明显的进给标记。针对这一问题,本文旨在构造曲率光顺(G~3连续)的实时插补算法,使得加工过程中进给运动的速度和加速度可以平滑转接,提高加工质量,减少加工时间。在综合考虑样条曲线插补方法和脉冲响应技术后,本文从运动学的角度重新探究短线段加工过程中的拐角,拐角轮廓间的短线段和重叠拐角轮廓这三个方面,并深入分析跳度限制加速度曲线,提出可以自适应进给速度的实时插补算法。本文的主要研究内容及取得的成果如下:1、通过深入分析现有的短线段高速加工技术,将短线段高速加工问题分为三个主要方面进行解决,即加工路径中的拐角转接运动,拐角轮廓间短线段的进给运动和重叠拐角轮廓转接运动。2、分析样条曲线插补技术和脉冲响应技术的优缺点,从运动学的角度进行研究,并详细探究跳度限制加速度曲线和进给运动中各个轴的运动特性。3、基于跳度限制加速度曲线提出拐角平滑算法,并根据附加的加速度边界条件将拐角平滑算法分成中断加速度拐角平滑算法和连续加速度拐角平滑算法。最后通过速度,位移和指定的轮廓误差等参数作为边界条件计算出拐角平滑算法的各项参数。通过仿真和实验,两种算法都能实现对加工路径中拐角进行平滑插补,插补后的加工路径达到曲率光顺,速度和加速度平滑转接,实现在拐角处不间断进给运动。但中断加速度拐角平滑算法在牺牲一部分加工时间情况下使得在转接过程中线性位移更短,可以适应较短距离的拐角平滑转接,而连续加速度拐角平滑算法更加追求最佳的转接持续时间,忽视算法在转接过程中对线性位移的需求,其转接过程中线性位移比中断加速度拐角平滑算法要长,在较长距离的拐角平滑转接运动中更加适用。4、针对拐角轮廓间的短线段提出自适应进给速度的插补算法,可以根据拐角轮廓间短线段的长度自适应进给速度,同时为了满足数控系统实时插补的需求提出带参数的进给速度求法,通过精确计算参数值从而精确确定最大进给速度,实现对拐角转接速度的微调。算法同样基于跳度限制加速度曲线,经过拐角平滑插补和拐角轮廓间短线段插补后的混合加工路径达到曲率光顺,加速度和速度在整个加工路径可以平滑转接。5、最后对短线段高速高精加工中的特殊情况重叠拐角轮廓进行分析和研究,提出通过缝合重叠的两个拐角轮廓中点来获得平滑的加工路径,实现在进给运动中速度和加速度的平滑转接。根据重叠拐角轮廓的长度将算法分为2段平滑插补算法和4段平滑插补算法。4段平滑插补算法的作用是:当重叠拐角轮廓的长度比较长时,使用2段平滑插补算法可能会使得进给路径超出原有的加工路径,满足不了加工路径闭包性的要求,所以提出4段平滑算法,通过增加平滑插补算法的段数来增强对进给轮廓的控制,使其满足闭包性要求。综上,本文针对短线段高速高精加工过程中主要的三个方面进行研究,提出相应的实时插补算法,最终使得插补后的整个加工路径满足曲率光顺,实现速度和加速度平滑转接,获得时间最优和驱动系统运动性能之间的平衡。