传统的基于连续微段的插补方式在复杂曲线曲面高速加工中遇到瓶颈。随着现代制造业中对精度和效率要求的提高，NURBS(Non Uniform Rational B-Spline，非均匀有理B样条)曲线直接插补技术应运而生。NURBS曲线直接插补技术不仅能有效提高零件的表面质量和加工效率，还能降低数据传输和存储的负担，是数控加工领域的一项先进技术。本文对高速加工数控系统NURBS曲线直接插补关键算法开展研究，研究的主要内容如下:　　首先，研究了NURBS曲线的数学基础。给出了NURBS曲线的两种表示形式，为满足数控系统的实时性要求，使用预处理矩阵法进行NURBS曲线的求值求导。针对插补点参数求解问题，提出了基于FV迭代的NURBS曲线插补点参数预估校正求解算法，有效控制了速度波动率，同时减小了计算量。　　然后，建立了一种NURBS曲线直接插补的速度约束模型。推导了NURBS曲线曲率对速度的约束;对加减速控制算法开展研究，为平衡加减速柔性与计算实时性，使用S形加减速控制算法，推导了算法的求解流程。在此基础上探讨了两种约束之间的关系，建立了一种NURBS曲线直接插补的速度约束模型。　　接下来，提出了一种考虑曲率对速度持续约束的NURBS曲线前瞻预插补算法。算法基于曲率对速度的约束，对NURBS曲线进行自适应分段，保证了曲线曲率对速度的持续约束，降低了后续处理的难度。提出了一种面向S形加减速双向前瞻速度规划的反向牵连速度求解算法，算法有效解决了双向前瞻速度规划中S形加减速引发速度突变的问题，确保了速度规划的安全。　　最后，验证了本文提出的理论和算法。实验结果表明，所提出的NURBS曲线前瞻直接插补关键算法能够有效控制弓高误差、各运动学参数和速度波动率，适用于NURBS曲线的高速加工。