以高精度和高速为加工要求的复杂形状曲面的数控加工技术,已经成为衡量21世纪数控系统加工能力的重要标志。复杂曲面的工件也被广泛应用于模具制造、汽车、航空航天、造船等工业制造领域中。长期以来,复杂曲面数控加工刀具路径开发、轨迹优化、干涉碰撞处理、切削加工的动态仿真等,始终是阻碍现代高速数控技术发展的关键因素。本文在分析近年来各种数控刀具加工轨迹的优缺点的基础上,探索更加适应高速加工的平滑刀具运动轨迹,提出并定义了一种称为可调形三次三角插值样条曲线的新型样条曲线,实现了对直线、常见二次曲线和自由曲线的统一精确描述,并利用该插值样条曲线对刀具运动路径进行统一描述和平滑处理；以该三次样条曲线为研究对象,基于脉冲增量插补和数据采样插补,提出了一种“基于切线方向的脉冲增量插补及段间连续插补”的插补算法,有效实现了样条曲线的快速直接插补和连续插补,从而实现刀具运动轨迹在微观上的平滑性,提升曲面加工的微观平滑度。针对复杂曲面加工刀具平滑运动路径规划,论文面向高速高精加工提出了一种“三维空间螺旋式”的刀具运动路径。通过“斜截面求交法”、“阿基米德螺线投影求交法”、“等间距螺线求交法”、“等弦长螺线求交法”等轨迹规划算法得到密集的离散刀位数据点,然后利用论文提出的插值样条曲线对刀位数据点进行插值拟合,从而得到光滑连续的三维螺旋式的刀具运动轨迹,该轨迹算法能有效地减少刀具运动过程中的加减速、停顿和换向,从而实现刀具运动的平滑、连续,进而降低机床系统的冲击和振动,提升曲面加工的宏观平滑度。本文基于上述轨迹规划算法,采用Visual Basic结合Access数据库,开发相应的三维螺旋刀具路径的自动编程软件,实现从模型数据处理到数控程序的编制的一体化处理；并基于AutoCAD三维状态进行切削运动的模拟仿真,实现对毛坯切削过程的三维仿真；利用SolidWorks和VERICUT软件实现虚拟数控铣床的创建,同时导入生成的数控程序,实现数控加工过程的仿真,验证数控程序的正确性,发现加工过程的干涉情况,最后将仿真结果和由MasterCAM等高分层铣削精加工的仿真结果进行对比,验证论文提出的三维螺旋刀具运动轨迹的平滑性、合理性；将不同刀具轨迹规划算法应用到数控铣床的实际实验加工中,对比实验结果,证明论文提出的三维螺旋式刀具运动轨迹具有很好的实用性和优越性,能满足实际自由曲面的高速与平滑数控加工要求。