高速高精控制是现代数控系统的发展趋势,传统的“脉冲量或模拟量接口”已经不能满足现代数控系统高速高精加工的通信要求,全数字现场总线技术成为数控系统通信发展的主流。至今为止,世界上公布的现场总线不下100种,但各种总线标准之间互不兼容,技术特点各异。我国的数控系统如果单纯的引用国外现场总线技术,不仅费用高昂,而且难以突破国外的技术壁垒。因此,本文结合我国数控系统发展的特点,开展具有自主知识产权的数控系统现场总线技术研究具有重要意义。论文的主要内容有:研究了当前国外主流数控系统现场总线技术特点与通信机制,针对多轴、多通道、高速、高精控制需求,参照OSI七层网络通信模型建立了NCUC‐Bus(NC Union of China Field Bus,中国数控总线联盟)数控系统现场总线通信模型。基于该通信模型研究了数控系统现场总线实时通信、时钟同步和通信可靠性等关键技术,提出了NCUC‐Bus现场总线的硬件接口、通信协议总体设计方案。研究了IEC 61158现场总线国际标准中的实时以太网类型总线协议,采用确定性通信、精简协议处理机制、FPGA硬件实现等技术,来保证NCUC‐Bus总线通信强实时性;参考IEEE 1588精确时间同步协议,针对双环形拓扑,提出了NCUC‐Bus精确时钟同步协议,提高同步控制精度;采用双环冗余硬件结构、实时数据报文重发机制、差错检测和处理机制,提高NCUC‐Bus总线系统的可靠性。基于FPGA +PHY+CPU硬件平台,将现场总线的硬件接口和通信协议集成到华中8型数控装置、全数字伺服驱动装置、全数字主轴伺服驱动装置和PLC模块等产品中,实现了华中8型总线式数控系统的成套性,通过了总线数控系统的功能、性能测试及加工实验验证,成功地应用于10多台数控重大专项支持的精密卧式加工中心、大型高速5轴联动龙门铣床、车铣复合加工中心等高档数控机床中。