1.1 研究目的及意义

随着社会的发展水平越来越高，机械化、自动化生产逐渐取代了传统的人工生产方式。数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成。其中，数控装置与数控系统各个功能模块和机床之间的联系信息和控制信息，不能直接连接，必须通过I/0接口电路连接起来，接口电路的主要任务：(1)进行电平转换和功率放大。因为一般数控装置的信号是TTL逻辑电路产生的电平，而控制机床的信号则不一定是TTL4电平，且负载较大，因此，要进行必要的信号电平转换和功率放大。(2)提高数控装置的抗干扰性能，防止外界的电磁干扰噪声而引起误动作。接口采用了光电耦合器件或继电器，避免信号的直接连接。

通讯接口是设备用于信号传输的通道，在数控机床的通信系统中，有未处理的机械信号，经过传感器转换的电信号，以及数字信号。而控制机床三轴运动的数字信号在NCUC总线中传输，它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。

随着嵌入式技术的不断发展，针对数控机床的通信方式不仅仅局限于电脑与机床之间，各种基于不同硬件平台的移动设备（例如：手机，平板）都有控制机床运动的可能，为了便于获取和传输机床的控制信号，提高机床对不同接口设备的兼容性，小型的有线或者无线的嵌入式接口便应运而生。其中基于FPGA技术的接口电路具有体积小、功耗低，易于控制的优点。

1.2 国内外研究现状

在国外，比较著名的是一个称之为PENGUIX的研究项目，其目标是利用Linux系统来搭建数控系统的软件平台—因为Linux操作系统代码是开源的，取代以前的专用数控软件平台，将数控系统软件化，模块化。这样就可以将数控系统的软件平台和硬件平台分离开来，软件平台不再依赖于专用的硬件平台，可以方便的实现不同硬件系统间的移植，该项目对嵌入式数控技术的发展提供了一种新思路，开辟了一条新的发展道路，符合现代数控技术的发展趋势。数控系统的体系结构正由封闭转向开放，由单机转向网络化。在这样的背景下，产生了一批高精度，高效率的开放式数控系统。

经过改革开放几十年的努力，我国在数控技术的研究领域经历了从无到有，并取得了长足的发展，例如华中HNC8型数控系统，这是将数控专用模块嵌入到通用PC机的单机数控系统。但更要看到，目前我国的数控机床技术与发达国家相比仍然存在很大差距，特别是高端数控系统方面。

2. 研究的基本内容与方案

2、研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

典型的数控设备，主要由加工程序、输入输出（I/O）设备、CNC系统、主轴驱动装置和进给驱动装置组成。整个数控系统的核心就是CNC设备。典型的数控系统包括两个部分，硬件部分和软件部分。硬件电路是软件执行的硬件平台，没有硬件平台，软件功能无法实现；没有软件系统，硬件也无法工作。常见的数控系统结构如下图所示：