STEP-NC是近年来提出的新型数控编程接口标准，它与传统G代码的本质区别在于：前者面向特征，强调加工什么；后者面向加工过程，强调如何加工。STEP-NC的发展使得STEP延伸到了自动化加工的底层设备，建立了一条贯穿整个制造网络的高速公路，可望取代传统的G代码成为新的数控编程接口。鉴于STEP-NC对数控行业所带来的巨大影响以及广阔的发展空间领域，使得STEP-NC成为近几年数控领域的研究热点。为实现STEP-NC在计算机数控系统中的应用，对STEP-NC的生成、译码、扩充以及实现等关键技术进行研究。　　首先，为了实现STEP-NC程序的自动生成，按照符合ISO14649标准的STEP-NC程序文件结构，开发了模块化的STEP-NC程序生成器。将程序生成器按照逻辑关系分为6个功能模块，阐述了各个模块的功能和实现方法。详细论述了STEP-NC程序生成器实现中的4项关键技术：基于AP203文件的特征识别方法、实体属性设置顺序、特征几何参数赋值方法和STEP-NC程序行号的设置方法。　　其次，为了实现STEP-NC在数控系统中的应用，开发了STEP-NC程序译码器。详细分析了EXPRESS和C++语言的映射规则；论述了STEP-NC的译码方法，将译码器模块分为初始化、信息提取、实体识别、类库建立、特征实例化和刀轨规划6个核心功能模块，对各个模块的功能和实现方法进行了详细的论述；提出了STEP-NC类库设计准则，详细阐述了基本实体类、加工特征类和操作类的建立方法；以2.5D制造特征和铣削加工操作为例，详细分析并论述了刀轨规划功能的具体参数；最后归纳了STEP-NC坐标系的分类和层次，并提出了坐标系转换方法。　　再次，对STEP-NC标准的扩充是当今STEP-NC的研究热点之一。现行的ISO14649-12标准中所涉及到的特征都是一般的2维车削特征，为了STEP-NC能够描述3维车削特征，扩充了平底的轴向槽、径向槽、斜槽、径向圆周孔和复制车削特征等5个车削特征，对各个特征实体的属性参数进行了详细说明，将仅适用于普通车削加工的ISO14649-12标准扩充到了适用于车削加工中心的铣削加工。分析了NURBS曲线和曲面的数学表达，依ISO10303标准的相关规定，构建了NURBS曲线和曲面在STEP-NC中的定义，并对各个属性参数进行了详细说明。　　然后，为了验证译码器所产生刀具轨迹信息的正确性，开发了基于STEP-NC的铣削加工仿真系统和车削中心加工仿真系统。根据模块化设计思想，将STEP-NC仿真系统分成了不同的功能模块，对个模块的功能以及模块之间的调用关系进行了说明。对两个仿真系统的工件数据模型的建立方法进行了详细的讨论，着重研究了仿真系统表面形成方法的两个步骤：刀具扫描域判断和节点高度更新（车削为顶点半径更新）。　　同时，为了验证STEP-NC译码器在数控系统中的可行性，建立了以STEP-NC为编程接口数控系统。首先阐述了实验室现有的开放式数控系统HITCNC的整体结构以及所应用的关键技术，分析了HITCNC的模块化结构；分析了STEP-NC数控系统的加工原理，确定了以DLL的形式在HITCNC中实现STEP-NC译码器的方法，详细研究了译码器DLL的函数和接口设计，对译码器DLL的调用进行了详细的阐述。最后，参照单段刀轨数据结构，描述了刀轨的坐标系转换方法。最终建立了以STEP-NC为编程接口的数控系统。　　最后，构建了以STEP-NC为编程接口的用于控制3坐标立式数控铣床的开放式数控系统HITCNC。通过一系列的仿真和实际加工实验，验证了所开发的STEP-NC加工仿真系统、STEP-NC译码器、以STEP-NC为编程接口的数控系统以及STEP-NC程序生成器；验证了所扩充的3维车削特征以及所提出的NURBS曲线和曲面在STEP-NC中的定义方法。