近年来,我国数控系统的研发取得全面性的提高,但由于国外对技术的封锁限制以及国内起步较晚等原因,与发达国家相比仍存在一定的差距,并且经济性数控系统在插补类型以及插补精度等方面还有一定的不足,无法满足部分较精细工件的加工。根据上述问题,本文将采用差分插补原理进行四轴数控系统的研究与设计。主要工作方面有:对数控系统进行了软硬件的总体规划,并采用“PC+STM32单片机”的上下位机控制方式,设计了基于STM32单片机的硬件接口电路以及位于上位机的可重构系统,并对整个系统的各个软件模块进行总体规划设计。对逐点比较法插补、数字积分法插补以及差分插补分析比较,确定插补模块程序以差分插补原理为核心所编写,完成对变量可分离的正高次曲线的直接插补,并实现数控系统从平面直线插补扩展到空间多维线性插补。在差分插补的原理上采用速度前瞻的控制方式,通过对路径上的速度进行规划以及轨迹衔接点处的速度进行预测,提前进行加减速度控制,实现高效、准确的控制。为更好的实现基于差分插补原理的四轴数控系统的研究设计,在试验研究前期,研究设计圆锥曲线插补数控系统,并搭建三轴数控实验平台,在该平台上完成圆锥曲线的直接插补以及三轴雕刻加工。后期对现有的三轴数控机床进行改造,搭建四轴数控系统实验平台,在该平台上完成三次曲线以及第四轴的雕刻加工。本课题开发设计一套基于STM32单片机以及差分插补原理的四轴数控系统,将译码以及仿真等主要功能模块放在PC机上开发,将插补、速度控制等实时性要求较高的功能模块放在STM32上开发。最后,搭建数控系统实验平台并进行加工测试实验,实验表明数控系统的各项命令的执行都快速而精确,加工精度较传统数控系统的直线插补拟合有了很大提升,满足了设计要求。