随着计算机和先进制造技术的发展,数控雕刻机行业迎来了蓬勃发展的新机遇,而目前国内的雕刻机质量却参差不齐。在加工自由曲线方面,高档数控雕刻系统含有参数曲线直接插补功能,加工精度和加工质量都较高,但价格也非常昂贵。那些传统的低端数控雕刻机虽然价格便宜,但加工的精度和质量都难以得到保证。因此,在不增加成本的前提下,开发出一套高速高精度数控雕刻系统成为许多个体和小企业的美好愿望。针对这一现状,本课题结合广州某企业在其产品表面上雕刻图案的实际应用需求,开发出了一套经济型高速高精度数控雕刻系统。在算法方面,本文针对传统雕刻机在微线段加工方面,出现路径不连续、速度波动大和加工效率低等问题,提出了基于轨迹优化和轮廓插补的优化算法。首先根据长度限制准则和角度限制准则筛选出满足条件的微线段集合拟合成三次NURBS曲线;其次根据机床机械特性在拐角处建立了圆弧过渡数学模型以进一步提高轮廓的光滑性;最后对整个加工轮廓提出基于递归和直线加减速插补算法。在系统硬件方面,搭建了三轴龙门机床和控制系统,以满足绝大多数的平面加工需求。在系统软件方面,本文以Visual C++6.0为工具开发了一套雕刻机加工代码自动优化软件。该软件根据所提的优化算法,对CAM系统生成的刀位点文件进行离线后置处理,最终输出优化后的NC代码,Mach3 CNC系统读取该代码进行数控雕刻加工。利用开发的经济型高速高精度数控雕刻系统对图案进行加工实验,结果表明该系统能有效提高加工效率和加工质量。