预处理技术包括数控程序的检错、程序译码、刀具半径补偿、加减速控制4个方面,是整个数控系统运动控制的基础,在一定程度上决定了数控系统的性能。数控预处理技术的理论研究与实践具有重要的理论意义和实用价值。论文分析了数控编程语言的结构特点,从文法的角度建立了数控编程语言的描述模型(正则表达式),为数控编程语言识别模型的构建夯实了理论基础。基于有穷机理论分别建立了数控程序的词法识别模型、语法识别模型和程序译码模型。构建了检错和译码模型的状态转移图和相应的状态转移函数及其算法,利用图论的相关性质论证了模型的正确性。基于RTOS的系统平台,用实例对程序检错和译码技术的实施进行了详细分析和论述。提出了基于方向矢量的刀具半径补偿技术。论文通过引入方向矢量,将直线接直线、直线接圆弧、圆弧接圆弧和圆弧接直线四种转接方式精简为直线接直线一种方式,将不同转接方式的众多算法公式精简为少数几个统一的公式,准确、快速地实现了C功能刀具半径补偿功能;论文将方向矢量拓展到三维加工,对CNC技术中的三坐标直线加工刀具半径补偿原理与实现方法进行了分析和研究,根据编程轮廓的空间关系,构建了刀心轨迹的相应算法,并详细分析了不同转接情况下转接点的计算公式,基于方向矢量实现了三维直线加工的刀具半径补偿功能。论述了速度增益不匹配对零件轮廓误差的影响,构建了直线和圆弧加工的轮廓误差模型,得出了轮廓误差与加工速度之间的定性关系,为加减速控制中最大速度的选取提供了强有力的理论依据。提出了基于最小偏差法的指数规律加减速控制技术,该技术采用直接计算法实时控制电机的进给频率,融合了最小偏差法、指数规律曲线控制和直接计算法的优势,实现了直线插补、圆弧插补和螺旋线插补的加减速控制。上述研究成果已经应用于本课题组研发的TDNC-L4数控铣削系统和数控车削系统,初步实现了对相关理论成果的实例化验证。