数控装备是现代制造系统的核心,数控系统正朝着网络化方向发展。特别德国提出基于信息物理系统(CPS)的工业4.0战略之后,各大数控系统商和机床供应商都开展了相关的工作。在我国的科技发展资助计划中对开放式数控系统网络平台关键技术和开放式数控系统创新平台进行重点资助。但目前多种互不兼容的数控系统网络接入方式和信息表示方式并存,数控系统的网络功能没有得到充分利用,数控系统网络通信过程中没有信息安全保障。因此,在开放式数控系统和工业4.0的背景下,数控系统信息模型和通信机制,网络化数控系统装置间的互操作方法,数控系统间的安全通信方式,传感器数据的接入等都是数控系统网络化平台的重要研究内容。围绕上述问题,本论文开展了以下四个方面的研究工作:1.数控系统通信机制研究。网络的引入,改变了数控系统的运行方式,但现有数控系统的接入方式不同,实现数控系统资源统一利用的难度较大。数控系统具有向外界提供加工过程相关的各种生产相关信息的能力,不同数控系统的信息表示方式和组织形式互不兼容。数控信息的复杂性和异构性,导致数控系统成为加工过程中的信息孤岛,增加了企业信息集成的难度。为此,本论文提出一种用于数控系统通信方法,该方法包括用于描述数控系统异构信息的信息模型和基于以太网和XML的通信机制。这种通信机制实现数控系统的网络接入与信息建模,有效地解决网络环境中数控系统的信息孤岛问题,满足生产线、制造企业对数控系统动态信息集成的需求,为进一步实现数控系统智能化奠定基础。该部分通信协议与信息模型的研究内容已被国家标准《GB/T 18759.6机械电气设备开放式数控系统第6部分网络接口与通信协议》所采纳。2.网络化数控系统软件平台研究。网络环境中,本地的数控系统可以通过网络将自身的功能扩展到网络上,实现生产过程中的功能共享;同时,生产制造单位可以通过集成网络上的数控系统功能单元,形成网络数控系统。本文提出一种由基于功能块的系统开发方法,使用功能块模型对数控系统建模,将数控系统封装成功能块模块,并且提供数据和事件接口,为网络数控系统的开发提供快速、安全、有效的解决方案。针对数控系统常用的插补模块和总线通信模块和远程操作模块进行验证。该数控系统软件模型的研究内容已被国家标准《GB/T 18759.6机械电气设备开放式数控系统第5部分软件平台》所采纳。3.数控系统网络信息安全的研究。数控系统的标准化通信过程中,包含大量的敏感信息。但是目前数控系统间的采用明文形式进行信息传递,没有对敏感信息采取任何安全保护措施。本文提出一种基于混合加密的端到端加密方法,确保数控系统网络平台的信息通信的安全,防止敏感信息的泄露,预防非法操作。4.数控系统传感器接入机制研究。传感器的接入是工业4.0和CPS的研究内容之一,数控系统网络中传感器所采集的状态信息是进行智能处理的依据。传感器的噪声会影响智能化应用的正确性和准确性。本文提出一种基于在线修正自适应卡尔曼去噪算法的传感器接入机制,通过对自适应卡尔曼滤波算法参数修正和传感器数据异常识别算法,提高数控系统网络化传感器的数据准确度。论文分别针对三轴数控系统和五轴数控系统的主轴温度进行了实验与测试,验证了这种传感器接入方法的有效性。