固定循环是数控系统中应用广泛的简化编程功能。本文针对三轴开放式数控系统进行了固定循环指令的扩充。另一方面,由于刀具补偿是数控加工中不可缺少的功能,本文针对五轴机床的刀具补偿算法进行了研究。本文首先针对西门子的固定循环指令的参数书写格式,对数控系统的译码模块中的读入函数进行扩充。然后对铣削圆形上的槽孔、圆形上的深孔、圆周孔、环状槽孔、矩形腔、圆形腔、平面铣削、铣削矩形凸台和圆形凸台等指令的外特性进行了分析,确定了每个指令的走刀路径,并实现了固定循环指令的译码。其次对固定循环指令进行了仿真验证。重点介绍了基于三角网格的物体空间离散建模概念,并给出了简化刀具和毛坯求交计算的方法。介绍了仿真系统运行界面的功能,并实现了对固定循环指令功能的仿真验证。在译码和仿真的基础上,在三轴数控铣床试验台上实际加工了一组工件轮廓模型,对所添加的固定循环指令功能进行了验证。研究了五轴刀具长度补偿和半径补偿。对刀具轴旋转和混合旋转两种机床结构形式进行了刀具长度补偿的计算。对刀具的半径补偿分成球头刀和键槽铣刀两种情况进行了分析,推导出了主轴端坐标和刀具中心坐标的关系式,得出了三维空间刀具补偿算法。