传统连续小线段插补方式无法适应复杂曲线曲面的高速加工,因为数控机床在连续小线段拐角处会出现速度骤停现象,导致机床产生剧烈振动并受到冲击,从而影响零件的表面质量。连续小线段间的轨迹光顺和速度规划至今仍是连续小线段插补的难题。针对上述问题,本文以实现连续小线段高速加工和轨迹的高阶连续为目标,以构建光顺的加工路径和高速平滑的刀具运动为主线,对加工过程中的轨迹光顺和速度规划问题展开研究。本文以加工路径的连续性作为切入点,从几何连续性和参数连续性两个方面对刀具的混合曲线和线性拐角路径进行深入分析,并结合速度规划和前瞻控制,从而实现刀具的平滑运动。本文的主要研究内容如下:首先,分析当前的连续小线段高速加工技术和研究现状,分别介绍了路径光顺算法、加减速控制算法和前瞻控制理论,确认从实现高阶连续的刀具路径的角度进行研究。并学习了B样条曲线和PH曲线、柔性加减速算法以及前瞻控制基本原理,为后续的过渡曲线的构建以及速度的规划提供了坚实的理论基础。然后,从几何连续性的角度提出了基于G~3连续的混合曲线高速插补算法。算法综合连续小线段的长度和夹角等信息的约束,对符合条件的小线段进行非均匀B样条曲线拟合,对相邻不同类型的线段之间的拐角使用PH曲线插补,构造出G~3连续的刀具路径,从而达到在一定程度上同时满足加工效率高和轮廓平滑的要求。并结合前瞻控制和基于跳度限制的S型曲线加减速策略对速度进行平滑规划。与非均匀B样条算法和PH曲线算法相比,此算法在加工效率和轮廓精度方面都有提高。最后,从参数连续性的角度提出了基于C~3连续的PH曲线拐角插补算法。算法借助PH曲线弧长可以实时计算的优势,使得在线拐角光顺和插补算法得以实现,从而能够提高加工效率。此路径不仅具有高阶连续的特点,而且能确保拐角的最大偏差在约束范围内。并运用五次多项式规划对轨迹进行速度的规划。与基于C~2连续的PH曲线算法相比,此算法不仅能保证可控轮廓误差,还能保证加速度和跃度的光顺,在一定程度上减轻了机床的振动,优化了加工效率。综上,本文针对连续小线段高速加工过程中连续性的两个方向进行了深入研究,提出相应的轨迹光顺方法和速度规划算法,最终使得插补后的整个加工路径满足高阶连续性,实现刀路轨迹和速度的平滑转接。