近年来,数控技术凭借其优异的生产率及广泛的适用范围,成为了制造业的核心与基础。而数控领域各关键技术中,轨迹规划的性能是决定加工效率及精度的根本原因。为达到数控系统高速高精度的要求,曲线的轨迹规划成为了数控领域的研究热点,却一直难以走向工业应用现场。本文针对曲线轨迹规划领域尚存的问题,提出了一套较为完整的高速高精度的解决方案。轨迹规划中,机床的各单轴性能能否满足是决定数控加工效率及精度的关键所在。本文依据质点运动学的相关理论进行分析推导,建立了单轴速度、单轴加速度、单轴加加速度分别与合速度、切向加速度与法向加速度、切向加加速度与法向加加速度的关系模型,并进而完善了单轴性能限制算法;本文设计了样条曲线轨迹规划的基本流程,并从NURBS梯型轨迹规划入手,在速度规划方面,将单轴性能限制算法与改进梯型速度规划模式相结合,在插补方面,设计了曲线插补过程中自适应累积误差补偿算法,最终实现了满足机床单轴速度、单轴加速度限制的NURBS曲线实时梯形轨迹规划;在此基础上,本文对梯型轨迹规划的流程进行改进,并重点设计了NURBS曲线S型前瞻算法及速度规划算法,将单轴性能限制算法与S型速度规划模式相结合,大大简化了S型十七种具体速度规划模式的判断及减速点的寻找问题,最终实现了满足单轴速度、单轴加速度、单轴加加速度的NURBS曲线S型轨迹规划。经仿真验证,本文设计的梯型轨迹规划最终各插补周期内的单轴速度、加速度均满足设定的单轴限制值,本文设计的S型轨迹规划最终各插补周期内的速度、加速度、加加速度均满足设定的单轴限制值,且梯型及S型轨迹规划均能满足实时性的要求。本文以蝴蝶轨迹为例进行实际加工实验,实验结果显示NURBS曲线梯型轨迹规划较之固高新前瞻具有更小的跟踪误差及振动尖峰幅值,NURBS曲线S型轨迹规划较之NURBS曲线梯型轨迹规划跟踪性能的优势并不明显,但加工中的振动尖峰基本被消除。