数控系统的开放性是当今数控系统发展的主流,开放式数控系统研究的目的是开发一种模块化、可重构、可扩充的控制系统结构,以增强数控系统的柔性,从而可以快速地响应新的加工需求。本文在对开放式数控系统的国内外研究现状,现有开放式体系结构的特点以及存在的不足进行详细分析的基础上,围绕着如何实现开放式数控系统开放性、柔性化、模块化、标准化,结合现场总线以及嵌入式Linux系统的特点,提出了基于嵌入式Linux现场总线型开放式数控系统。并从体系结构、功能模块结构、通讯接口协议、软件平台功能分析、插补方式等方面论述系统的开放性及其实现途径。采用了模块化、层次化的体系结构设计方法,结合模块间的通讯要求以及现场总线的特点,提出了CAN总线的模块化的结构和采用PROFIBUS的单元化结构两种开放式体系结构方案。从控制系统结构特点、实时性、开放性、可扩展性以及成本等方面进行综合的评价和比较,确定了基于CAN总线的模块化结构的控制系统方案。研究了模块间通讯的模型、数据交换类型和数据量,由此设计出简单、实用的数据交换协议。分析了功能模块的硬件结构并设计相应的硬件电路。采用可扩展、可配置的程序设计,在实现可编程I/O接口的同时,允许用户功能子程序的介入。在基于嵌入Linux开放式数控系统的软件平台上,设计了软件系统的功能层次和软件模块。引入硬件抽象层的设计,将应用程序与硬件平台分离。采用多线程作为数控系统任务调度机制,开发了基于MiniGUI的开放式数控系统的图形用户界面,实现系统的管理、配置、显示等交互的功能。探讨了使用NURBS曲线插补数据格式G06统一表示各种曲线的转化方法。采取由人机接口模块离线连续粗插补,运动控制模块进行精插补的模式,对基于显式矩阵NURBS曲线插补算法进行验证。同时,为了满足现代制造对高精度加工的要求,对NURBS曲线预测-校正自适应插补算法进行初步研究。研究结果表明:基于CAN总线的模块化设计,实现可编程I/O接口,系统具有良好的开放性和互换性。应用嵌入式Linux、MiniGUI的软件平台,具有良好的可配置、剪裁的功能,减少了软硬件系统的冗余。采用统一的插补数据格式,使得各种轮廓插补简化到单个插补插补程序内。