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STEP-NC是数控技术又一个具有划时代意义的重要发展方向。随着产品批量的不断下降和产品周期的不断缩短，具有50多年历史的数控系统接口语言G代码逐渐不能满足现代生产的高效率和高质量的需求。STEP-NC作为CNC与CAD/CAM之间新一代的接口标准，能够实现CAD/CAM系统和CNC系统之间的无缝连接，为CNC系统提供完整的产品数据，为发展CNC系统的开放性、智能化和网络化奠定了基础。由于STEP-NC的复杂性，其开发工作具有相当的技术难度，严重阻碍了STEP-NC在现代制造系统中的推广应用。本文针对基于XML语言的STEP-NC解析技术进行了深入研究，利用XML语言的优越性，大大降低了STEP-NC相关技术的开发难度。基于XML架构下的STEP-NC模式，本文构建了相关的通用STEP-NC后置处理器，开发了STEP兼容的虚拟制造系统，并利用相关技术构建了切削加工机器人系统平台，最后完成了STEP-NC数控系统的原型开发。本论文的研究内容部分来自于作者2008-2010年在德国不伦瑞克工业大学机床与制造技术研究所的研究课题“用于木材切削加工的工业机器人系统研究”。旨在将工业机器人应用到切削加工领域，并解决在此过程中的一系列问题。本文将STEP-NC技术应用到切削加工机器人中，以使其能够受益于数控加工领域的最新研究成果。本文的研究目的以STEP-NC技术为基础，研究STEP-NC的数据流处理方法和在制造系统中应用STEP-NC的各个环节。主要研究内容如下：介绍了STEP-NC概念的产生、研究应用现状以及优越性。总结了STEP-NC的3个应用阶段：STEP-NC后置处理器、基于STEP-NC的虚拟制造系统和STEP-NC数控系统。分别对虚拟制造系统、切削加工机器人和数控系统的发展和研究现状进行了介绍。对STEP-NC的解析器技术进行了深入的研究。对STEP/STEP-NC技术背景和关键概念作了较为清楚的总结，并研究对比了STEP-NC解析器的主要实现方法。重点研究和开发了STEP-XML相关格式转换和解析技术。开发了STEP兼容的虚拟制造系统STEP-VM。采用STEP架构对常用机床和工业机器人的运动学拓扑信息和几何信息进行了定义，并基于此开发了与STEP-NC融合的虚拟加工系统。STEP-VM可以为STEP-NC制造系统提供了进行加工过程仿真、加工过程优化以及后置处理等操作的载体；设计开发了基于虚拟制造系统的加工机器人系统平台。针对CAD/CAM系统与加工机器人的集成以及加工机器人的后置处理过程进行了深入的研究。分析了相关加工代码坐标变换和运动学求解算法问题。针对6轴机器人对5坐标数控代码冗余的问题，提出了去冗余的求解方法和利用冗余自由度实现奇异点回避、轴超限保护及碰撞保护等目标的优化算法。通过实际加工实验对系统进行了验证。设计开发了一个STEP-CNC数控系统的原型。提出了基于PC+PLC系统架构的开放式STEP-CNC数控系统的架构方法。详细说明了STEP-CNC的人际交互系统的STEP-NC代码管理、数据呈现、三维显示及刀具路径生成等功能。最后，全面总结了论文所完成的工作，指出了其中的不足之处，为未来进一步的深入研究进行了展望。