当前,国外高档数控系统内部各模块之间的通信大都采用现场总线,如SERCOS III、PROFINET等,但是这些现场总线多采用专用的硬件设备,技术保密,互不兼容,开发成本高。相对而言,以太网技术成熟,开放性好,兼容性强,成本低,具有取代现场总线的趋势。因此将以太网技术应用于数控系统实现数控系统的全数字通信是下一代数控系统的重要研究内容。由于以太网通信存在时延的“不确定性”和通信的不同步问题,不能直接用于数控系统的通信。所以本文的研究重点是通过解决以太网通信的“不确定性”及不同步问题,以满足数控系统的实时、同步和可靠的通信要求。本文主要完成了以下工作:分析了国内外数控系统全数字通信研究状况、以太网技术特点和以太网数据传输的工作原理等;在研究分析以太网数据传输过程中存在的时延的“不确定性”和通信的不同步问题之后,建立了数控系统全数字通信体系结构,制定了基于以太网技术的数控系统数字通信协议;解决了以太网通信的“不确定性”及不同步问题,使之达到实时和同步的要求;深入研究了数控系统中非实时数据的传输问题,实现了实时周期数据与非周期数据的共同传输;进而针对数字通信过程中可能出现的故障,提出了故障处理方法,确保数字通信的可靠性;在此基础上,通过实验验证了这种数字通信协议的可行性,并成功应用于自主开发的基于以太网技术的数控系统。本文研究的数字通信协议已申报国家发明专利,开发的数控系统亦参加了2007年北京国际机床展览,实践表明,该协议可满足数控系统的实时、同步和可靠等要求。