为适应数控机床加工精度不断提高的发展趋势,基于FANUC系统纳米插补控制的内涵,对数控系统的纳米插补控制进行了一系列研究,提出了简单实用的、实现数控机床纳米插补控制功能的完整方法,并将这一概念和方法引入自主开发的数控系统当中。首先针对纳米轮廓和纳米高精度插补控制功能,对连续小线段加工程序的纳米插补进行了研究。以离散的方法建立了一种全新的插补算法,该算法以级数求和推导了S型加减速控制模型,并以小线段夹角为参变量控制拐点通过速度建立了小线段速度衔接模型,在此基础上,算法将插补过程分解为插补预处理及插补点计算两个步骤,预处理中对小线段进行速度规划并设计了线段间速度的递推处理方法,插补点仅需根据当前速度及线段方向向量即可求出；在连续小线段高速插补中,由于插补离散特征造成线段终点与最后插补点不能自然重合,对此现象所带来的问题进行了讨论,提出了一种新的处理方法,在确保没有速度冲击的前提下,允许插补点不通过线段的终点,从而简化了算法；提出一种插补算法模型,将加工轨迹抽象为运动距离和运动特征,在此基础上形成了一种具有跨段处理能力的插补算法,并以此解决了具有纳米逼近精度的连续小线段加工程序的高速插补问题。从NURBS曲线实时插补的概念入手,采用对节点矢量分割的曲线段、插补点与曲线段终点间曲线以及插补点间曲线进行圆弧近似的方法,结合前面得出的离散条件下S型加减速模型,实现了NURBS曲线纳米插补的S型加减速控制；对于纳米平滑功能,在连续小线段的反推算法中,令权重均为1,使得到的NURBS曲线退化为为非均匀B样条,从而简化了算法；提出一种NURBS曲线的纳米离散插补算法,仅根据弦高误差将NURBS曲线离散为具有纳米逼近精度的连续小线段,同时,调用前述跨段插补算法完成插补,使得NURBS曲线直接插补的速度控制得到简化。基于A、C轴双转台结构的五轴机床,采用欧拉角的方法,推导了通用的坐标变换算法；采用在工件坐标系下进行插补,再对插补点逐点进行坐标变换的方法,实现了五轴联动的RTCP (Rotate Tool Center Point)控制功能,并对五轴加工中直线轴进给速度与旋转轴进给速度之间的相互影响进行了分析,提出了进给速度限制的相关算法。最后,开发了基于嵌入式工业PC+运动控制卡结构的开放式数控系统平台,并在自主研发的运动控制卡中采用了模糊自整定的前馈控制算法,提高了系统的控制精度和动态响应能力；通过PC编程实现了上述各种算法,通过对加工程序数据点情况、插补数据点位置、速度、加速度等特征的分析,以及在数控系统平台上的运行实验,验证了各种算法的实用性与效果。