随着数控技术以及CAD/CAM技术的快速发展,数控雕刻机应运而生,在雕刻加工行业表现出了蓬勃的生命力。凭借先进的数控系统以及强大的加工制造能力,德、美、日等发达国家的雕刻技术一直处于领先地位。经过十几年的发展,我国的雕刻技术日新月异,取得了十分可喜的成绩。但国内市场上常见的雕刻机在插补类型、加工精度以及联动轴数等方面还存在诸多不足。针对上述情况,本文对采用差分插补原理的四轴数控雕刻机控制系统进行了全面系统的研究。其主要研究内容有:(1)对雕刻机控制系统进行了软硬件的总体规划,确定了PC+AVR单片机的上下位机控制方案。根据规划方案,完成了基于AVR单片机的硬件电路设计,并对控制系统的软件功能进行了规划与研究。(2)在控制系统的上位机,采用Qt5.0的开发环境完成了基于正则表达式的数控系统译码、以开源图形库Open GL为基础的插补路径仿真以及便捷的人机交互等主要功能的开发。(3)在控制系统的下位机,开发了一套以AVR单片机为核心的差分插补运动控制器,实现了平面圆锥曲线与三次多项式曲线的直接插补、采用差分插补原理的多维线性空间插补以及特有的圆柱插补模式等功能。同时,结合差分插补运动的特点,提出了适应差分插补原理的步进电机加减速控制策略,实现了准确、高效的运动控制。(4)搭建了四轴数控雕刻机实验平台。在该平台上完成了平面圆锥曲线、三次多项式曲线的直接插补加工、浮雕加工、回转体表面的螺旋线和二次曲线的插补加工等一系列测试。最后,使用Power Mill进行了四轴NC代码的编程,在实验平台的旋转坐标轴上完成了圆雕加工测试。通过上述研究,本文开发了一套基于AVR单片机的差分插补专用运动控制器,并在PC端开发了控制系统的上位机,完成了四轴数控雕刻机控制系统的开发。最后,在四轴数控雕刻机实验平台进行的一系列加工实验表明,本文设计的四轴数控雕刻机控制系统满足了最初的设计要求,为研发高端多轴数控雕刻机控制系统奠定了良好的基础。