开放式数控系统是一个集开放性、互换性、可移植性和扩展性于一体的开放平台。本文围绕着开放式数控系统设计中的关键性问题,从开放式数控系统的体系结构、系统硬件的设计、系统软件的建模与开发技术等方面进行全面的分析,并通过改造传统的数控钻床验证开放式数控系统可行性和正确性。全文主要研究工作和成果如下:(1)总结数控系统(CNC)的发展历史并分析发展趋势,阐述现有的传统封闭式体系架构的缺陷,并以此为依据说明开放式数控系统的必要性。调研开放式数控系统的国内外发展现状,确定“PC+运动控制卡”开放式CNC体系结构的模型,在物理上和逻辑上对模型进行分层次的模块化,为确定开放式CNC系统的硬件设计方案和软件体系架构提供参考框架。(2)针对CNC系统的开放特性需求,研究数控系统硬件结构开放化设计的基本原则,采用工业计算机和运动控制卡搭建开放式CNC系统的硬件平台。(3)研究开放式CNC系统的软件体系结构与开发方法,提出应用COM组件技术开发CNC系统软件的方法。建立基于COM组件技术的可重构数控系统软件模块库,对数控系统软件模块库进行标准化的接口定义,基于COM的组件化技术编写CNC系统软件。(4)叙述人机交互图形界面的信息传递过程,建立用户模型。根据用户模型并综合设计中各种相关因素概括具体的人机界面设计指导原则在总体设计原则的指导下为人机交互图形界面库图形组件编写具体实现。(5)以开放式数控系统软硬件平台为基础,改造传统的数控三维钻床。测试结果验证开放式数控系统架构的可行性和正确性,并进行对未来工作的展望。