数控系统的开放式、网络化、数字化的发展趋势,要求数控系统和各执行模块之间采用廉价、开放、稳定的数字接口网络进行连接。以太网是商用网络的事实标准,具有技术成熟、开放性好、兼容性强、成本低的特点,非常有希望成为这种数字接口的标准,但存在大量问题有待解决。本文针对以太网应用于数控系统数字接口进行了深入研究,主要涉及同步性、实时性、可靠性和相关的协议等内容。本文分析了传统体系结构用于基于以太网的数控系统的困难,分析了基于以太网数控系统体系结构的要求。基于以太网的数控系统的特点,提出了一种基于特征尺度的层次化体系结构。该结构在硬件上基于多处理器可融合可重构,在软件上基于多操作系统,在接口上采用以太网。本文分析了以太网接口系统的时钟同步问题,针对基于以太网的数控系统中不同层次的需求,提出了基于特征尺度的层次化混合时钟同步的方法。该方法通过锁相环同步硬件时钟,通过巴克码在MAC实现时间戳标记,通过特征精度尺度调整同步周期。并经实验验证了这种方法的有效性。本文分析了以太网的随机竞争接入机制导致系统的实时性问题。分析了多种接入机制的优缺点。在此基础上提出了包容CSMA/CD的实时性方法,即保持了以太网的完整性,又避免了报文碰撞,提高了系统的实时性。实验验证了所提出方法的可行性。本文分析了以太网中使用的重发机制在数控系统数字接口中应用存在的困难。针对基于以太网的数控系统的特点,将硬件冗余、软件冗余、时间冗余和前向纠错有机结合起来,提出了一种多层次多机制的可靠性方法,实验验证在不影响实时性的基础上可大大提高通信的可靠性。本文还针对基于以太网的数控系统的不同的拓扑结构,结合同步性、实时性、可靠性技术,设计了星型网络同步实时通信协议和环型网络同步实时通信协议,并分析了两种协议的优缺点。在前几章研究的基础上,开发了基于以太网的数控系统的原型样机。