整个系统的运动由原机床的纵向自动走刀运动与数控刀架的斜向运动两部分构成，
其合成运动可加工圆柱面、圆锥面及圆弧面。
作为主运动的纵向自动走刀与原机床的纵向运动完全一样，由主轴通过挂轮、走刀箱、
纵向丝杆、开合螺母带动工作台作纵向运动。通过安装在主轴上的用于拾取主轴信号
的编码器将主轴旋转信号经变换后，送入单片机。同时，将安装在床身导轨上的霍尔
元件所检测的纵向起始信号也一并送入单片机中。根据零件轮廓形状编制的加工程序
通过键盘事先输入到单片机中。经微处理器处理后，按照加工工件轮廓形状，发出一
系列脉冲，经步进电机驱动电源进行功率放大后，驱动步进电机带动数控刀架作与
纵向自动走刀相适应的斜向运动，形成所加工工件的轮廓形状。
由上可知，本系统为单坐标控制实现两坐标联动，关键在于寻求纵向自动走刀与数
控刀架斜向运动的联系，这一任务由安装于主轴上的编码器加以实现。如何寻找适合
于单坐标控制实现两坐标联动的插补方法则成为本课题的一大特色。
整个加工过程分几次进刀，完全由零件加工程序确定。

“

”

由前述可知：所采用的加工方式与仿形加工方式一致，不同之处在于：没有靠模

零件存在，而是采用软靠模即数控编程方式代替。可以看出，它具有如下特点：

编程方式简单；

整个零件在不同轮廓要素段的加工余量一致，这对于保证零件的加工精

度十分重要。

整个程序编制可分为两大部分：

只有步进电机运动的进刀主运动；

步进电机与纵向自动走刀相配合的轮廓加工子程序。

在整个加工过程中，可视为：在进刀主程序的执行过程中，多次反复调用轮廓加工

子程序。 3 插补原理
在现代 CNC 数控机床中，数控装置采用的轨迹控制方式，可分为两大类：一类为参
考脉冲法；一类为数据采样法。所谓参考脉冲法就是插补程序每运行一次，根据各坐
标轴进给比例决定各轴的单个进给脉冲增量，从而实现进给；而数据采样法则是指
插补程序以一定的采样频率运行，得到由各轴进给比例关系决定的与进给速度有关
的、数字量形式的坐标轴在一个采样周期里的增长段，常用的数据采样插补技术的算
法是时间分割法、扩展的数字积分法和直接计算法。
上面提到的各种插补方法，可谓多种多样，但有一个共同的地方在于：所适用系统
皆为两套或两套以上的伺服驱动系统。
手动经济型数控刀架系统在结构上有一个明显的地方在于希望它只有一套驱动系统
而另一个方向的运动，则由原机床的运动构成。
对一个步进电机进行控制来实现两坐标联动，便成为本数控系统的一大难题，其关
键在于寻找一套合适自身的插补算法。作为任何一种插补算法，应严格地做到实时控
制，这就要求其插补运算不能过于繁琐，应尽量简捷。结合手动经济型数控刀架自身
的特点，综合各种因素，在选用晶振 12MH，的 8031CPU 的基础上，采用了数据采
样法中的直接计算法。尽管这样，与其它两坐标或三坐标控制系统的插补算法相比较，
仍然显得计算过多，但通过周密细致的理论分析及实验论证，进行这些运算，完全
可以做到实时控制。
由数控刀架的安装可知：数控刀架移动轴线与工件端面方向之间成 a 角。刀架拖板的
纵向移动，由主轴通过挂轮、进给箱、溜板箱带动纵向拖板运动，主轴每转对应的纵
向走刀量 F 可以从进给箱的铭牌中读得。走刀的信号由安装于主轴卡盘上的主轴编码
器产生，主轴每转均匀发出 M 个脉冲，表示纵向拖板移动了距离 F。当主轴发出 NZ