刀具轨迹规划是数控加工领域最重要的组成部分,创建的刀具轨迹的优劣直接影响到实际切削的效率与零件表面的质量。传统的刀具轨迹采用直线和圆弧作为其表达形式,时常产生加工轨迹内部曲率的剧烈变化,这种曲率的不连续不仅会造成材料去除率的剧烈变化,而且会产生切削效率的损失,这种情况对高速加工的影响尤为明显。为此,本文重点研究了采用NURBS插补刀轨替代传统直线和圆弧刀轨的相关技术；以刀轨曲率的平滑过渡为目标,对NURBS插补刀轨进行优化,以避免由于曲率突变而引起的刀具的振动,提高加工零件的表面质量和切削的效率。论文的主要工作内容及取得的成果具体如下：(1).归纳了刀轨优化的国内外研究现状和主要方法,分析了样条刀轨优化的主要切入点和目前研究的不足,引申出本课题研究的意义与背景。(2).分析了多段刀轨连接时效率损失的原因,以刀轨复杂度判据作为是否需要样条逼近优化的先决条件；基于刀轨拐角的分类识别技术,研究了自适应刀轨智能优化算法,减轻了拐角优化过程造成的资源占用,提高了算法执行效率。(3).分析了材料去除率与曲率间的对应关系,以最小曲率差为优化目标,控制点位置作为优化变量,全切区域为几何约束,建立优化模型,并应用具有全局收敛特性的遗传算法对其进行优化,获得收敛结果和25%-40%的质量提升。(4).基于离散求极限思想,对样条刀轨的几何约束和余料检测算法进行研究。提出了对检测出来的余料进行边界轮廓提取,再把获得的轮廓重新应用于样条刀轨创建的闭环刀轨创建算法,应用该算法可以有效地解决(由于采用非直接等距偏移创建刀轨而产生的)漏切问题。(5).实验验证优化效果,从刀轨的切削效率和零件的表面质量两个方面对比分析优化前后的刀轨和传统刀轨的异同。总结出NURBS刀轨比传统刀轨效率提升6%-37%以及曲率优化后的刀轨具有更平滑的粗糙度分布的结论。