cnc裝置控制刀具相對于工件作出符合零件輪廓軌跡的相對運動是通過插補實時控制實現(xiàn)的，而插補所需信息(如曲線的種類、起點終點坐標、進給速度等)，則是通過預(yù)處理得到。預(yù)處理包括零件程序的輸入、譯碼、刀具(半徑、長度)補償計算和坐標系轉(zhuǎn)換等。
一、零件程序的輸入
1．概述
零件程序的輸入，對于早期的數(shù)控裝置是使用紙帶閱讀機和鍵盤進行的。現(xiàn)代數(shù)控裝置則可通過通信方式或其它輸入裝置實現(xiàn)。紙帶閱讀機和鍵盤輸入大都采用中斷方式，由相應(yīng)的中斷服務(wù)程序完成輸入。輸入過程信息流如圖4－30所示。
2．數(shù)據(jù)存放形式
在零件程序存儲器中可以儲存多個零件程序，零件程序一般是按順序存放的。為了方便零件程序的調(diào)用，在零件程序存儲器中還開辟了目錄0區(qū)，在目錄中按固定格式存放著相應(yīng)零件程序的有關(guān)信息，形成目錄表。目錄表的每一項對應(yīng)于一個零件程序，記錄了該零件程序的程序名稱，它在零件程序存儲器中的首地址和末地址等信息。
3．零件加工程序的編輯
將零件加工程序輸入后，常常需對該程序編輯。編輯工作主要有：插入(insert) 、刪除(delete)、修改(edit)、替換(replace)等。
二、譯碼
譯碼程序又稱翻譯程序，它把零件程序段的各種工件輪廓信息(如起點、終點、直線或圓弧等)、加工速度f和其它輔助信息(m、s、t)按一定規(guī)律翻譯成計算機系統(tǒng)能識別的數(shù)據(jù)形式，并按系統(tǒng)規(guī)定的格式放在譯碼結(jié)果緩沖器中。譯碼有解釋和編譯兩種方法。解釋方法是將輸入程序整改成某種形式，在執(zhí)行時，由計算機順序取出進行分析、判斷和處理，即一邊解釋，一邊執(zhí)行。編輯方法是將輸入程序作為源程序，對它進行編譯，形成由機器指令組成的目的程序，然后計算機執(zhí)行這個目的程序。
三、刀具補償原理
1．刀具補償?shù)幕驹?br> 編制零件加工程序時，一般只考慮零件的輪廓外形，即零件程序段中的尺寸信息取自零件輪廓線。但是實際切削控制時，是以刀具中心為控制中心的，這樣刀具和工件之間相對切削運動實際形成的軌跡就不是零件輪廓線了，而是偏離了一個刀具半徑值。因此，cnc裝置必須能夠根據(jù)零件輪廓信息和刀具半徑自動計算中心軌跡，使其自動偏移零件輪廓一個刀具半徑值。這種偏移計算稱為刀具半徑補償。
刀具補償有刀具半徑補償和刀具長度補償兩部分。
2．b功能刀具半徑補償計算
b刀具半徑補償為基本的刀具半徑補償，它根據(jù)程序段中零件輪廓尺寸和刀具半徑計算出刀具中心的運動軌跡。對于一般的cnc裝置，所能實現(xiàn)的輪廓控制僅限于直線和圓弧。對直線而言刀具補償后的刀具中心規(guī)跡是與原直線相平行的直線，因此刀具補償計算只要計算出刀具中心軌跡的起點和終點坐標值。對于圓弧而言，刀具補償后的刀具中心軌跡是一個與原圓弧同心的一段圓弧，因此對圓弧的刀具補償計算只需要計算出刀具補償后圓弧的起點和終點坐標值以及刀具補償后的圓弧半徑值。
直線的b刀具半徑補償如圖4-12所示。被加工直線段的起點為原點o（0，0），終點a的坐標為（x，y），假定上一程序段加工完后，刀具中心在點o1且坐標值已知。刀具半徑為r，現(xiàn)計算刀具補償后直線o1a1的終點坐標（x1，y1）。設(shè)刀具補償矢量aa1的投影坐標為dx和dy，則
由于
則有
圓弧的b刀具半徑補償如圖4-13所示。設(shè)被加工圓弧的圓心坐標為（0，0），圓弧半徑為r，圓弧起點為a（x0，y0），終點為b（x e，ye），刀具半徑為r。
設(shè)a1（xo1，yo1）為前一段程序刀具中心軌跡的終點，且坐標為已知。因為是圓角過渡，a1點一定在半徑oa或其延長線上，與a點的距離為r。a1點即為本段程序刀具中心軌跡的起點。現(xiàn)在計算刀具中心軌跡的終點b1（xe1，ye1）和半徑r1。因為b1在半徑ob或其延長線上，三角形△obp與△ob1p1相似。根據(jù)相似三角形定理，有
則有
以上為刀具偏向圓外側(cè)的情況，刀具偏向圓內(nèi)側(cè)時與此類似。
3．c功能刀具半徑補償計算
c刀具半徑補償則能自動處理兩個相鄰程序段之間連接（即尖角過渡）的各種情況，并直接求出刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接交點，然后再對原來的刀具中心軌跡作伸長或縮短修正。
數(shù)控系統(tǒng)中c刀具半徑補償方式如圖4-14所示，在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)置有工作寄存器as，存放正在加工的程序段信息；刀補寄存器cs存放下一個加工程序段信息；緩沖寄存器bs存放著再下一個加工程序段的信息；輸出寄存器os 存放運算結(jié)果，作為伺服系統(tǒng)的控制信號。因此，數(shù)控系統(tǒng)在工作時，總是同時存儲有連續(xù)三個程序段的信息。
當cnc系統(tǒng)啟動后，第一段程序首先被讀入bs，在bs中算得的第一段編程軌跡被送到cs暫存，又將第二段程序讀入bs，算出第二段的編程軌跡。接著，對第一、二段編程軌跡的連接方式進行判別，根據(jù)判別結(jié)果再對cs中的第一段編程軌跡作相應(yīng)的修正，修正結(jié)束后，順序地將修正后的第一段編程軌跡由cs送到as，第二段編程軌跡由bs送入cs。隨后，由cpu將as中的內(nèi)容送到os進行插補運算，運算結(jié)果送往伺服機構(gòu)以完成驅(qū)動動作。當修正了的第一段編程軌跡開始被執(zhí)行后，利用插補間隙，cpu又命令第三段程序讀入bs，隨后又將bs、cs中的第三、第二段編程軌跡的連接方式，對cs中的第二段編程軌跡進行修正。如此往復(fù)，可見c刀補工作狀態(tài)cnc裝置內(nèi)總是同時存有三個程序段的信息，以保證刀補的實現(xiàn)。
在具體實現(xiàn)時，為了便于交點的計算以及各種編程情況進行綜合分析，從中找出規(guī)律。必須將c刀具半徑補償方法中所有的輸入軌跡當作矢量進行分析。顯然，直線段本身就是一個矢量，而圓弧則將圓弧的起點、終點、半徑及起點到終點的弦長都作為矢量。刀具半徑也作為矢量，在加工過程中，它始終垂直于編程軌跡，大小等于刀具半徑，方向指向刀具圓心。在直線加工時，刀具半徑矢量始終垂直于刀具的移動方向；圓弧加工時，刀具半徑矢量始終垂直于編程圓弧的瞬時切點的切線，方向始終在改變。
4. 刀具長度補償?shù)挠嬎?
所謂刀具長度補償，就是把工件輪廓按刀具長度在坐標軸(車床為x、z軸)上的補償分量平移。對于每一把刀具來說，其長度是一定的，它們在某種刀具夾座（刀柄）上的安裝位置也是一定的。因此在加工前可預(yù)先分別測得裝在刀架上的刀具長度在x和z方向的分量，即?x刀偏和?z刀偏。通過mdi將?x和?z輸入到cnc裝置，從cnc裝置的刀具補償表中調(diào)出刀偏值進行計算。數(shù)控車床需對x軸、z軸進行刀具長度補償計算，數(shù)控銑床只需對z軸進行刀具長度補償計算。
四、實時處理前的其它預(yù)計算
實時處理(插補)前除進行譯碼、刀具補償計算等數(shù)據(jù)預(yù)處理外，還有其它一些必要的預(yù)計算。如坐標系轉(zhuǎn)換、不同程編方式的處理以及對一些輔助功能的處理等。