随着现代制造业的快速发展,传统数控系统兼容性差、功能不易扩展、人机界面不灵活等缺点日益显现,数控系统的开放化已成为数控技术的主流。开放式数控系统的研究目的就是要建立一种新型的模块化、可重构、可扩充的控制系统,以增强数控系统的功能柔性,从而快速地响应新的加工需求。 论文论述了数控技术的发展过程,总结了传统数控系统存在的问题,指出数控技术发展的趋势——开放式数控系统。重点介绍了开放式数控系统的特点、体系结构以及国内外的研究现状;对基于PC的开放式数控系统的体系结构进行了分析,介绍了四种典型的结构形式:PC连接型NC、PC嵌入型NC、运动控制器+PC型、全软件型NC。 完成了对一台普通立式铣床的数控改造,使之成为一台具有四个自由度的多功能数控系统试验平台。设计了应用于该试验平台的开放式数控系统,系统硬件采用IPC+运动控制器的结构形式,系统软件设计采用模块化结构,如果需要对系统的功能进行调整,只需要增减功能模块即可,体现出了系统开放性、灵活性的特点。编写了参数设置模块、软PLC模块、G代码解释模块、G代码执行模块和扩展功能模块等。在该试验平台上进行了有关开放式数控系统的运行试验,以及扩展模块功能的试验验证。 论文对自由曲面加工刀具轨迹生成的方法进行了研究,列举了参数线法、等距截面法和等残留高度法等几种常用的方法,然后分别介绍了每种方法的优缺点;研究了简单空间曲面(如球面、椭球面)加工的算法,编制了空间椭球面数控加工程序。