本文通过分析开放式数控系统的国内外发展现状，围绕开发低成本的，满足高速、高精的，具有模块化、标准化、可配置、可重构、可扩展的开放式软件型数控系统的目标，研究一种基于PC+可编程I/O硬件接口体系结构的数控系统，针对本课题组前期研究的不足，对系统的软件结构、高速高精运动控制技术、工作机制、插补算法、通信协议等方面做进一步深入的研究。针对前期工作中软件模块化、标准化上的不足，采用层次化设计的思想，简化了系统的控制流程，构建了具有4个功能层次的软件结构，基于RCS实现了软件功能层间统一标准的通信，为实现数控系统功能的可互换、可重构和可扩展奠定了基础。针对在Linux+RTAI上建立软件数控存在开发难度大、代码可移植性差的问题，重新确定基于标准Linux的软件平台，选用能满足高速、大数据量传输的PCI总线承担PC机和I/O硬件卡之间的通信；采用带PCI9054接口芯片的RedCyclone开发板做为系统的可编程I/O卡。根据软件型数控系统多任务运行的特点，开发并实现了基于生产者/消费者模式的系统多任务并发调度机制。在数控总线通信协议上，根据我国开放式数控系统总线通信协议标准，针对本研究的开放式数控系统在线多轴可配置、可扩展的特点，扩展定义了软硬件间插补数据通信传输格式，并将其数据类型处理为整型，既简便了I/O硬件卡上精插补计算，又减少了传输的数据量。同时，开发了相应的I/O卡的Linux设备驱动程序。围绕适应高速、高精度和复杂曲面大数据量加工的运动控制要求，分析在PC机中进行实时高速插补的不足，在原有的粗精插补软硬件功能划分的基础上，研究粗精插补的时序关系，提出粗精异步高速插补结构，既能适应高速、高精度和大数据量加工的运动控制要求，又减低了系统对PC机实时性的要求，有利于软件型数控系统开放性的实现。在插补算法上，研究了连续微小线段高速高精的插补技术，提出基于前瞻双重速度预处理和连续粗插补的实现方法，可增强系统的前瞻预测能力，通过仿真分析，结果表明所提出的算法实现了路径段衔接点进给速度的高速平滑过渡，保证了路径段终点的位置精度及段内进给速度的均匀性。研究结果表明：本课题研发的基于Linux的软件型数控系统软硬件运行良好，可实现步进电机三轴联动的运动控制。对于连续微线段的插补，可实现直线和S型加减速前瞻控制，其运动过程连续，速度变化平稳，无检测到大的轨迹误差。