高度发展的制造业对工业设计提出了越来越高的要求。特别是在汽车、船舶与潜艇的外观设计上,自由曲线/曲面设计已经是不可避免的问题。绝大部分的CAD系统都支持自由曲线曲面的设计,在数控加工自由曲线的过程中,一般使用小段直线和圆弧逼近的方法进行加工,造成加工的NC文件庞大,同时频繁加减速影响加工设备的机械性能。自由曲线插补算法是目前数控领域的前沿技术,能有效提高曲线曲面的加工质量,并能使加工速度均匀,适用于高速加工,因此开发具有自由曲线插补技术的数控系统具有重大实用价值。非均匀有理B样条(NURBS)曲线是自由曲线的统一定义形式,具有良好的数学特性。1991年国际标准组织(ISO)颁布的产品模型数据交换标准(STEP)中将NURBS作为自由曲线曲面的唯一表示形式。本文结合开放式数控系统EMC2,研究EMC2系统架构中G代码解释器的原理,提出基于NURBS曲线的G代码解释器的设计;并从NURBS曲线的数学表达式归纳NURBS曲线的导数的一般特性,研究其对NURBS曲线的影响。目前取得的研究成果如下:1)在EMC2开放式数控系统中增加支持NURBS插补的G代码解释器。以G5.2和G5.3作为G代码关键字定义NURBS曲线,解释器完成G代码的翻译工作,在EMC2系统中实现自由曲线的设计,并在预览界面中显示曲线的效果。2)通过研究NURBS曲线的导数性质,并将其导数信息转化为NURBS曲线的控制点信息,从而改良曲线在首末端点附近的曲线走向。最后使用VC++6.0和Matlab进行新型算法的开发,仿真的结果表明,加入导数信息的NURBS算法得到的曲线总体上更加协调,可以更容易把握曲线的设计。