随着我国制造业的不断发展,航空航天等行业对数控技术的精度和效率提出了更高的要求,作为最广泛的复杂曲面加工方式,微小线段加工技术一直将高速高精奉为重要的加工准则。如何实现微小线段间的平滑过渡,提高加工精度和加工效率,一直都是数控行业研究的热点和难点。微小线段加工时如果直接按照加工指令进行加工,可能会在拐角较大处发生过切、突变等情况,直接过渡法和圆弧过渡法虽然能够缓解这种情况,但是直接过渡法存在加工速度低和转接点难以预测等缺点,圆弧过渡在转接点处存在曲率突变的问题。因此本文提出在相邻小线段之间插入Cardinal样条曲线,实现转接时速度的平滑过渡,这种过渡方法不但解决了圆弧过渡时转接点加速度突变的问题,提高了加工效率,而且也比复杂的五次样条计算简单,同时这种样条曲线不仅可以应用在小线段平滑过渡中,也可以用来描述直线、圆弧、自由曲线等多种运动轨迹。论文的主要工作如下:根据三次Cardinal样条曲线特性和拐角过渡曲线矢量模型,设计并实现基于Cardinal样条曲线的平滑过渡算法,并通过与直接过渡算法和圆弧过渡算法的仿真对比证明其优越性。为了实现速度的整体优化,设计并实现基于S曲线的自适应前瞻控制算法,该方法不再使用固定的前瞻段数使前瞻控制更加灵活,能更好的适应复杂多变的轨迹,同时速度调整时的二阶段扫描法不需要回溯迭代计算,只需要通过前后两次扫描比较便可以找出最优的衔接速度,大大减少了计算时间,进一步满足了数控系统的实时性的要求。在蓝天数控系统上对算法进行实例验证,实验结果证明本文提出的算法能够实现微小线段间的平滑过渡,保证速度和加速度的连续变化。