数控技术是制造自动化的关键基础,是现代制造业的灵魂核心,其水平的高低和装备的拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。传统的数控系统都是封闭的,用户难以在其平台上进行再一次开发,而开放式数控系统可解决这一问题。基于PC的开放式数控系统已成为当前CNC技术发展的必然趋势。 本文在系统地对开放式体系结构进行了研究的基础上,对基于PC平台的开放式数控系统的硬件结构和软件结构进行了总体设计。在本实验室自主研发的基于TMS320F2812 DSP和Cyclone 1P1C6 FPGA的伺服运动控制器的基础上,研发一套运动控制软件,组成一个开放式数控系统。 本系统软件由上位机软件和下位机软件组成。上位机软件主要实现了三个功能：一是采用OpenGL技术设计了交互CAD模块,实现了包括样条曲线等图元的刀具路径设计和输入；二是接受用户操作请求,将用户请求通过数据封装传送到下位机；三是接受来自下位机的当前加工信息反馈,并将当前位置状态通过图形显示。下位机软件主要实现了插补和位置控制功能：设计了基于DSP的直线圆弧粗插补和精插补程序,分析了产生边界误差和截断误差的原因,并进行补偿,满足开放式系统高精度的要求；研究和实现了S曲线加减速规划方法；初步探讨了位置控制环的实现。 此外,对开放式数控系统的关键技术样条曲线插补进行探讨,研究了三次多项式曲线和三次非均匀B样条曲线的反算算法,设计了一种在可控弦高误差插补算法基础上加入前瞻功能的自适应非均匀B样条插补算法,并利用Matlab验证了算法的正确性。最后,探讨了该算法在DSP中的实现。 最后,在软件设计的基础上,搭建了开放式数控系统的实验平台,进行控制系统软件调试及综合实验。实验结果达到预期的目标,为下一步的研究工作奠定了良好的基础。