三维激光切割机已被广泛应用于汽车制造行业，在航空航天领域也发挥了重要作用，作为三维数控激光切割机的关键技术之一，数控系统在很大程度上决定了机床的功能和性能。本文采用基于PC的开放式数控系统结构，以RTAI-Linux系统作为数控软件的运行平台，完成了三维激光切割机专用数控软件架构并实现了其关键功能，对增强我国三维激光切割专用数控系统的自主研发能力起到了一定作用。首先，针对三维激光切割数控软件的功能需求和实时性要求，对数控任务进行分类和规划，确立数控软件的整体结构，并将数控软件划分为人机交互模块、用户功能模块、通讯模块、内核功能模块四个层次。用户功能模块运行于用户空间而内核功能模块运行于内核空间，两模块之间无法直接进行通讯，利用FIFO和共享内存完成通讯模块实现两者之间的数据传输。其次，在开发人机界面、加工控制、辅助功能等基本数控功能基础上，针对偏置式激光头五轴联动插补控制算法、轨迹速度平滑控制和三维显示及动态仿真功能等关键功能进行了深入研究。建立偏置式激光头坐标变换数学模型，根据合成点坐标及旋转轴的角度计算每个插补周期内各轴的位移增量；由于激光切割运动速度较高，为保证机床的稳定性和切割速度的平稳性，采用预读方法，综合考虑机床运动过程中的速度及加速度限制因素，在实际插补控制之前，对轨迹的速度和加速度进行规划，确定各程序段的运动状态；由于三维加工轨迹曲线较为复杂，本文开发了三维显示及动态仿真功能，能够显示待加工零件的模型及预期轨迹，并在加工过程中对光斑位置及激光束的方向进行实时仿真，有助于用户了解加工状态。最后，对三维激光切割数控软件进行模拟验证。数控软件的实时性取决于RTAI-Linux系统平台的实时性，在系统中加载数控功能模拟负载，并测试其最大响应延时。设计软件模拟试验方案，对软件结构、进程间通讯以及完成的数控功能进行模拟验证。利用基于MATLAB开发的数值仿真程序读取数控代码，采用与数控软件中相同的轨迹速度平滑控制算法，对整个加工过程中的速度和加速度进行规划，通过分析数值仿真生成的速度及加速度曲线，对轨迹速度平滑控制功能进行模拟验证。