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随着数控技术的高速发展,五轴数控机床以其适用性好、加工精度高、加工效率高等优点,在复杂造型零件的加工中发挥着越来越重要的作用。NURBS曲线作为复杂造型零件数字化制造中的关键技术,其插补精度直接影响零件的加工精度。针对传统插补方法存在复杂曲线拐点处拟合效果不好、传统机床速度规划算法加速度反复突变,导致加工误差大、加工效率低的问题,本文利用五轴数控机床开展了双NURBS插补技术研究。主要工作内容和研究成果如下:(1)研究了基于角度平滑的双NURBS拟合算法。针对当前加工路径不满足二阶连续性的问题,提出基于角度平滑的双NURBS拟合算法。首先,通过求解加工路径曲率半径,得到加工轨迹上的速度敏感点;其次,对刀具路径速度敏感点处数据进行计算,得到速度敏感点处路径曲线参数与弧长信息的对应关系;然后,通过同步双NURBS模型,获取刀具位置数据;最后,开展与泰勒二阶插补算法的对比实验,结果表明,本文方法能够得到一条拟合精度较高且满足G~2连续的刀具运动轨迹信息。(2)研究了基于数控机床伺服性能的S形速度规划算法。针对传统速度规划方法未考虑机床结构,造成机床各轴进给速度、加速度超过伺服能力范围,增大加工误差的问题,提出一种基于数控机床伺服性能的S形速度规划算法。首先,通过角度平滑的双NURBS拟合算法得到平滑后的加工路径;其次,根据机床结构和加工路径,计算得到机床各轴瞬时速度和加速度范围;然后,通过7段S形速度规划算法,得到加工路径弧长信息和速度、加速度的对应关系;最后,开展与泰勒二阶插补算法的对比实验,结果表明,在计算量增加不大的情况下,本文算法速度、加速度符合机床伺服性能,有效避免机床因频繁启停,产生速度、加速度波动的问题,实现机床速度、加速度的平滑过渡。(3)设计五轴数控机床加工系统软硬件。系统的硬件模块主要包括:主处理器开发板、协处理器开发板和AC双转台数控机床;软件模块包括:参数设置模块、数据输入模块、插补模块、结果显示模块和驱动模块。本文主要在主处理器中搭建软件运行环境,并通过Platform Builder软件对嵌入式软件进行编写,将本文提出基于角度平滑的双NURBS拟合算法和基于数控机床伺服性能的S形速度规划算法嵌入系统。通过对三维五角星和三维浮雕花的加工,结果表明,嵌入本文算法的数控系统加工过程中振动较小,作品表面光滑,纹理均匀,满足高速高精度加工需求。