五轴数控编程培训范文

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【中图分类号】G424 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）20-0076-02

近年来，我国数控机床的操作工短缺多达60万。特别是北京、上海和南方较发达地区，对数控应用人才更是求贤若渴，许多企业纷纷高薪聘请数控专业人才。面对当前职场对数控技能人才需求的现状，职业学校无论从培养人才的角度还是从市场经济的角度，都没有理由不去培养数控技能型人才，大量职业学校开设数控专业也是水到渠成、大势所趋的事情。但几乎没有几所培训机构开设数控多轴加工的培训这样的培训课程。如何在学校当中开展培训是急需攻关和探究的问题。而技工学校作为培养技能人才的主力军，如何培养数控多轴加工的高技能人才也是长期要思考的问题。特别是在如何实施和培训以及教学方法上更应值得思考。

随着世界经济结构的加速调整，国内需求结构的重大变化，提高我国产业的国际竞争力，进行经济结构战略性调整、优化，已成为当前和未来一个时期经济建设与发展的中心任务。改造提升传统产业是实现高新技术产业化的必然，是高新技术产业发展的重要基础。通过用高新技术和先进适用技术改造提升传统产业，促进传统产业结构优化升级，提高其技术和装备水平，为发展高新技术及实现产业化提供了重要保障和基础条件。

目前二轴和三轴的数控技术的研究和教学都处在比较成熟的阶段。而四轴、五轴等多轴数控技术的教学存在很大的不足。主要原因是：（1）成本高，场地大。（2）对参加教学和培训的教师或技术人员的综合能力和素质要求非常高。（3）目前，国内对多轴数控技术的教学还不是很多或者说还不是很系统和规范。特别是目前国内的大型企业中有相当一部分的数控多轴加工的技术人员和操作人员的技能培训，依靠外企或国外的设备提供者提供的培训。

笔者针对上海目前的数控培训，特别是多轴以上的培训作了一些调查。主要是在一些有较高知名度和国家级重点学校以及一些大型企业进行调查。具体调研的学校有：大众工业技术学校、工业技术学院、第二工业大学、石化工业技术学校、李斌技师学院等。企业：上海汽车制造厂、上海烟草机械厂、上海机床厂等。

一 数控专业培训的现状分析

1.数控专业的学历教育

学历教育主要集中在大学、高职、中职等教育机构中，针对数控方面的专业主要有机床数控技术、数控加工技术、机械制造工艺设备等。而这些专业的专业课程主要有数控工艺与编程、数控机床原理以及相关的计算机辅助设计（CAD、CAD/CAM、UG）等。

在实践性教学环节中一般包括：金工实习、电工实习、认识实习、生产实习、计算机上机实习、数控编程实习、数控机床加工实训、CAD/CAM应用软件实训、毕业设计等。我国机械、机电类专业的课程设置近几年虽有所改进，但仍相当陈旧。学生所学知识并不是用人企业所需要的，而用人企业所需要的课程学生又没有学习。例如，机械专业的金属切削机床、机械设计、机械零件课程，至今仍在讲授传统的“三箱”和齿轮设计。而数控机床已广泛采用滚珠丝杠、滚动导轨、换刀机械手和伺服系统，“三箱”和齿轮已降为次要位置。又如，机械专业开设的金属切削刀具、机械制造工艺学，目前仍然是讲授传统刀具和传统加工工艺。而在数控加工上，一次装夹，即可完成粗精加工。因此，数控加工的刀具和工艺不同于传统刀具和工艺。又如，机械专业学生的金工实习，其主要内容至今仍集中在传统的车、铣、刨、钳操作方面，而企业急需的数控机床的操作、编程、维修的培训，因无实验条件，只能依靠讲授理论，效果很差。

在数控培训方面，很多学校把实训重点放在数控机床操作方面。事实上，作为先进的自动化设备，数控机床操作非常简单。用人企业真正需要的人才是精通数控加工工艺（如工艺路线选择、刀具选择、切削用量设置等）、模具设计、CAD/CAM与数控自动编程、数控机床机电设计与联调技术、数控机床的维护维修等专业“工程素质”。这些专业知识的获得，不是靠课堂的灌输，而是要对学生“真刀真枪”地长期实训。各学校由于受到实训条件、经费投入和师资力量的限制，这方面的培训还远远不够，导致学校所培养的人才不能满足用人企业的需求。

2.数控技术培训班

目前数控专业的毕业生在数量和其他方面很难完全满足社会的需要，有关学校在所在市人力资源和社会保障局的授权后，开展了中短期（时间从1周至3个月不等）的数控机床操作、数控编程和CAD/CAM应用软件等方面的培训班，并配合人力资源和社会保障局进行职业技能鉴定工作。获得职业技能等级证书者，更容易取得用人单位的信赖。

参加这种培训的对象，大部分是有关企业组织的在岗职工，目的是提高理论知识水平和对新技术的应用技能，更好地为企业服务。也有准备求职或跳槽的人员，他们的目的是为了自己能找到一份更好的工作。从这些参加培训的人员结构上不难发现，他们主要是为今后能更好地找到一份工作或者是为了能在以后不被企业所淘汰。而数控加工的高端人才的培训就很少，也没有相应的学校或单位有这样的培训。

3.学校或培训机构的师资力量严重不足

数控技术在近几年的广泛应用，引起了社会对数控人才的大量需求，同时造成数控师资，特别是同时具备相当的理论知识和丰富的实践经验的数控师资队伍严重不足。基本上每个学校的数控教学师资队伍都存在着不同程度的人数和知识结构的缺乏。

目前，各级职校的师资队伍的技术素质普遍偏低，学历水平偏低。据统计，我国高职教师中具有硕士学历以上的高职教师比例只有7%。现在各学校的数控教师主要是从各高校机械或机电专业毕业的本科生或硕士研究生。这些教师具有一定的基本理论知识，讲授数控专业的理论课没有问题。但由于数控技术专业是一种新专业，能够承担数控教学工作的“双师（教师、工程师）型”教师很少。特别是能承担数控多轴加工的教学、实训指导工作的老师就更少了。

为了尽快提高高职、高专数控教育教师的工程素质，希望由教育部组织，委托有能力的单位来承办“机械工程领域（现代数控技术方向）骨干师资工程硕士班”，以弥补这类人才的严重不足。

4.数控实训设备条件严重不足

前几年，各学校对数控技术所归属的机械、机电专业的投入力度非常有限，各学校的数控实验室的数控培训设备非常有限。近年来，由于数控人才的需求推动，各校均建有不同规模的数控实训基地，有的是规模大、设备种类多的实训中心，也有设备种类和数量相对较少的实验室。但在数控多轴（四轴、五轴）的设备上的投入就相对较少了。一方面，这些设备主要依赖进口，成本较高；另一方面，这些设备如引进后还要组织人员去国外进行培训，企业或学校花了人力和财力还缺少这方面的人才。

而数控多轴加工的教学和培训，需要有一定的数控专业知识、数控专业英语、编程软件的应用等，又要投入较高的成本。因为多轴数控加工过程中的工艺、加工的刀具等，要应用编程软件自动编程。

二 对策

随着数控技术的不断发展，特别是多轴加工的数控人才的需求不断增加，只能熟练操作数控机床的“蓝领层”人才的比例将逐渐下降，而具备一定专业理论知识和一定动手能力，熟练掌握和应用CAD/CAM、MasterCAM、Pro-Engineer、UG等自动编程技术，具有一定的数控设备维护维修技能的人才需求将会日益旺盛。

第一，在如何进行数控教学方面，应从目前的教学对象上加以调整，如在大学、高职等院校进行相关专业的教学，进行一些有关多轴数控技术的理论教学，因为大学生有一定的理论知识，而且专业知识也比较扎实。在这些学生中开设这类课程既弥补了目前这类专业教学内容上的单一化，又为社会和企业增加新的技术能手。

第二，在教学培训中也应该从目前的数控基础教学中，增加数控多轴加工的高技能人才的培训。

第三，在多轴数控加工技术的教学上应从以下方面着手：（1）在数控专业的编程能力上，加强自动化编程及编程软件的应用。（2）特别是模具专业更应注重零件的造型设计与加工，这就更应从数控多轴加工培训方面着手。（3）整合现有的资源，充分利用各个学校和大型企业现有的设备。（4）也可利用目前发达的网络进行网络教学。（5）应尽量联合大型企业进行产学教研的合作。（6）在软件方面应注重老师的能力培养和实践教学的能力，特别是在数控多轴的教学上更应该加强编程能力和实际操作的能力。

第四，还应该有政府和职能部门的大力协助。即在教学经费上、设备上、教学软件等，提供帮助。

参考文献

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中图分类号：G718.3 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2014）06-0010-02

数控技能大赛的举办是职业教育工作深入贯彻落实国务院关于大力发展职业教育的方针，深化改革、加快发展所取得的成果的一次大检阅，是职业院校广大师生奋发向上、锐意进取的精神风貌和熟练技能的一次大展示，对于进一步宣传职业教育，营造关心支持职业教育发展的良好社会氛围，对于全面落实科学发展观，加快发展职业教育，提高办学质量和效益，实现又好又快的发展具有重要意义。于是，各省、市的数控技能竞赛也如火如荼地开展起来。那么，我想通过我这几年分别作为选手和指导教师参加数控技能大赛的情况浅谈一下数控技能大赛。

一、数控技能大赛在不断地进步发展

首先，从几届的数控技能大赛出题命题特点来看：

1. 2004年第一届数控大赛：只有一件简单的零件，主要考察选手的数控加工技能；

2. 2006年第二届数控大赛：两件公母配合件加工，不但考察选手们的基本数控加工技能，还要考察选手们的综合能力；

3. 2008年第三届数控大赛：多件零件加工和自动编程（CAD/CAM软件应用），要求选手们具有高度数控加工工艺积累、精度控制能力和熟练的自动编程能力；

4. 2010年第四届数控大赛：不但会应用传统的数控机床，还要会应用更先进的多轴数控机床；不但是一个选手操作，还要多个选手配合团体操作；不但会传统的加工工艺，还要具备更先进的复合数控技术加工工艺。

5. 2012年第五届数控大赛：比赛试题不但注重创新概念的考核，还关注细节，重视过程；同时还新增设了数控装调与维修的赛项（团队比赛）。

从2004年举办的第一届全国数控技能大赛开始，数控技术大赛经历了从简单到复杂，从单件到多件，从手工编程到电脑自动编程，从单项到多项配合加工不断发展的趋势，也充分体现了数控技术在我国快速应用发展。

其次，从2012年第五届全国数控技能大赛的情况来看：2012年全国职业院校技术技能大赛现代制造技术比赛，于6月26日至28日在天津机电学院新校园区隆重举行，来自全国36个省市（计划单列市）518名优秀选手参加了七个项目的角逐。本届比赛是自2004年以来数控大赛项目最多、参赛选手最多、水平最高、影响最大的一次比赛。技能大赛得到了职业院校各级领导高度关注，同时示范、引领了先进的工艺技术和操作技能。经过赛前训练和比赛锻炼，选手技能水平、指导教师综合素质都有了非常大的提高，受到中职学校的欢迎和认可。

另外，本届大赛在组织工作方面做了很多创新。在各赛区选拔赛期间，组委会组织专家到赛区做技术培训；在全国开展全国决赛试题及方案征集活动。在各赛区选拔赛结束后，组委会针对各赛区参赛选手，组织了免费的“数控多轴加工技术及工艺”培训班、“数控多轴加工软件应用”培训班；将实操试题提前公布，以便参赛选手学习及训练；在实操赛场安装视频监控系统，便于场外领队、教练、选手观摩学习；在实操现场组织配套展览，加强宣传及交流工作等。除了以上这些创新工作外，组委会还组织了数控技术发展及数控技能人才培养论坛；还将继续开展多种形式的技术点评活动等。

从几届的数控技能大赛出题命题特点以及2012年第五届全国数控技能大赛的情况看，数控技能大赛不管是在技术要求，还是在选手的综合能力、人数以及大赛的组织方面都有了很大的突破与发展。因此，这就需要我们作为职业教育者要不断地努力，为数控技能大赛做更高要求的准备。

二、数控技能大赛选手的选拔与培训

选手的选拔和培训是数控技能比赛前期两个至关重要的环节，它们直接影响到比赛成绩。我根据自身参赛和培训竞赛选手的体会，对职业学校数控技能比赛学生的选拔和培训做了以下探讨。

（一）选拔学生是基础

俗话说“强扭的瓜果不甜”，挑选的时候应该体现一种自愿原则，在自愿报名的前提下再对其进行筛选。有些老师可能把听话、学习认真的同学当作首选，这种做法似乎过于片面。我们在挑选时首先需要参照的应该是学生的专业理论成绩，包括机械制图、机械基础、切削原理等，这些专业知识将直接影响到他们以后对数控培训接受能力的好坏。其次需要考虑的应该是学生的心理素质，这点往往容易被忽视掉。最后关注学生的动手能力，比如实训中对各种工量具的使用。动手能力差的学生在短时间内想要提高是很难的。

确切地说，选拔是一个促进与提高的过程。培训期间老师可根据日常表现及考核采取淘汰制，做到优胜劣汰。起初挑选的人数可以是正式比赛的3至4倍，随后逐轮淘汰，这样一来学生有了竞争意识，学习的劲头将会大大提高。当然，有些技能不错的学生在培训期间会觉得培训过于枯燥，出现严重失误后会产生后怕心理，打退堂鼓，这就少不了指导老师的正确引导。

（二）技能培训是关键

1.操作技能的培训

技能培训是一个系统化工程，指导老师应准备详细的进程安排，方能做到有条不紊。初步筛选的学生可能已学过数控方面的知识，但对编程和操作掌握的还不够全面，在培训过程中应遵循循序渐进原则，由浅入深再对每个指令进行系统的讲解、分析和演示，打下良好的基础，有利于以后培训的安排。有些指导老师或许存在着这样的心态，怕自己在演示中出错，我认为没这种必要，老师跟学生应该以探讨交流的形式进行培训，万一出错可以和学生一起解决问题，这样比纸上谈兵效果更好，学生接受新知识的时候也更直观。

数控技能比赛培训不同于一般的技能培训，培训的内容不能面面俱到。一般比赛都会使用指定的机床设备，教师可以根据比赛难度和比赛所用的机床来大概确定题目的类型。比如数控车床比赛，高级工难度，选用的机床大多是FANUC、GSK980TD或者华中系统等等，再根据比赛刀具清单，我们就可以大概确定是外圆台阶、凹凸圆弧、内/外螺纹、车槽、内孔等。这样培训的内容更具有针对性，与比赛内容更接近。

2.三个“度”的把握

数控比赛讲究三个“度”――速度、精度、粗糙度。在日常培训中，指导老师应时刻检查学生的工艺编排、程序编辑、切削用量选择及操作规范性等，因为每一个细节都会影响到三个“度”。怎样更好地保证这三个“度”呢？首先，一定要提高学生手工编程的能力，确保万无一失。在正式比赛中由于心理等因素，程序出错再去修改往往很难找到错误的地方，既浪费时间、加剧紧张又影响到速度。其次，对工艺的分析，有些学生一拿到图纸就盲目加工，对工艺细节考虑不够周到，加工到一半时发现工艺出错，不能继续加工，前功尽弃。在培训时一定要使学生养成习惯，宁可花十分钟认真分析工艺而不为图一时之快乱了大局。最后，切削用量的选择，加工不同材料，使用不同刀具都有不同的切削用量。有些学生为了抓紧时间而不断提高切削用量，这样精度难以保证而且会引起严重后果。当然切削用量也不是一成不变的，也要根据实际情况让学生学会及时调整。机床主轴的电机功率往往会被一些老师忽视掉，不同的主轴电机功率所选用的切削用量也是不一样的，选择不当会出现崩刀，甚至断刀等现象，在正式比赛前指导老师一定要及时提醒。

3.综合能力的培养

在实际操作竞赛中，由于选手对场地和机床性能的不熟悉，加上心理紧张和疏忽大意等因素，往往会出现程序编好后不能运行，加工中切削用量选择不当刀具突然断裂等现象。所以日常培训中不能一味追求技能的提高而忽略了应变能力及心理素质的培养。竞赛的题目都有一定的难度，里面都有一些难点的设置，用常规的编程模式或许加工不出来，培训中不能限制学生一定要按照老师的思路去编程，可以尝试不同的编程方法来加工同一个工序。有些老师忌讳学生在平时训练时断刀或发生刀具干涉等现象，我认为这些情况的发生不一定就意味着学生差，反而可以锻炼学生的随机应变能力和心理素质。当出现问题后，指导老师不要忙于解决，一定要让学生弄清楚问题出现的原由。不过一定要在保证学生和机床安全的前提下。

（三）培训时注意事项

1.劳逸结合：不要为了出成绩而搞得学生身心疲惫，合理的时间安排更有利于达到事半功倍的效果。

2.培训内容尽量少而精：有些老师采取“题海战术”，但里面很多内容都是大同小异的，更应注重培训质量而不是题目的多少，学生的技能不是老师“教”进去的，而是学生“学”进去的，也就是说学生必须愿意学，能够将学到的东西进行内化才是最主要的。

3.安全问题：必须时刻提醒学生做到胆大心细，程序里一个数字的错误或者操作失误都会酿成大祸，轻者零件报废，重者造成机床受损或人生伤害。

4.及时总结、提高：不但指导老师要及时总结，选手也要及时总结。只有这样才能从学习过程中发现问题，解决问题，积累更多的经验，快速的提高。

总之，通过数控技能大赛，数控技术向着高速、高精、高效、高复合的方向发展，这就要求作为数控技术职业教育者的我们具备更高、更强的综合能力，为我国的工业化建设作出更大的贡献而努力奋斗！

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数控系统和伺服驱动系统是数控机床的的大脑和手脚，是数控机床的核心部件，数控技术是装备制造业实现自动化、柔性化、集成化、网络化和智能化的关键技术。加快发展数控技术对装备制造业振兴具有前瞻性、先导性和基础性的战略意义。国家“十一五”、“十二五”规划均将发展高档数控系统和全数字交流伺服驱动系统列为重要项目。

2011年初，我国18位院士共同提出“数控一代”的创新概念，建议实施《“数控一代”机械产品创新工程》。《“数控一代”机械产品创新工程》既是数控技术应用工程，更是机械产品创新工程；既有机械工业发展强大需求的推动，又有成熟数控技术的支撑。其战略目标是：在机械行业全面推广应用数控技术，在5～8年内实现各行各业各类各种机械产品的全面创新，使中国的机械产品整体升级为“数控一代”，为我国机械工业从“大”到“强”的跨越式发展做出贡献。中央高度重视该项建议，并正式启动《“数控一代”机械产品创新应用示范工程》。

与此同时，工信部“软件与信息技术服务业十二五规划”明确提出嵌入式软件要“面向工业装备、通信网络、汽车电子、消费电子、医疗电子、数控机床、电力电子、交通运输、环保监测等重点领域，积极开展符合开放标准的嵌入式软件开发平台、嵌入式操作系统和应用软件的开发，加快研发面向下一代互联网、物联网应用的嵌入式系统软件，推动软件研发模式创新发展，进一步提高产业化水平和产品出口能力”。

高速发展的计算机技术、嵌入式技术、网络技术和丰富的计算机软件资源，给我国数控技术的发展提供了很好的机遇；工业以太网的快速发展和关键技术的突破、使得工业自动化领城控制系统的通信网络逐步统一到工业以太网，并正在加快推广应用，发展为一大技术潮流。这些都为我国构建高端数控系统软件平台提供了良好的条件。

现代数控技术发展趋势

智能化、开放式、网络化已成为当代数控系统发展的主要趋势。现代计算机数控技术发展呈现二大趋势：一是将数控技术引入通用PC的自动化解决方案来提高其系统性能，增强市场竞争力；二是在数控技术中引入嵌入式计算机，使数控系统在专用性、稳定性和经济性上具备较好的市场前景。

当前，以FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI为代表的国际主流数控系统制造商，在高档数控系统产品方面具有几大共同特点。

首先是多轴、多通道、高速和高精度切削、复合加工。如FANUC的30i-A数控系统可控制40个轴10个通道、具有5轴联动加工，纳米插补和AⅠ、AⅡ轮廓控制等功能，可实现各种复杂形状模具的高速高品质、复合加工。MITSUBISHI的700系列数控系统可控制16个轴4个通道,具有8轴联动，纳米插补和SSS(Super Smooth Surface )和OMR(Optimum Machine Response)高速高精度控制技术。

其次是开放式、智能化和网络化。许多数控系统采用了通用的计算机操作系统，充分利用计算机软件资源，把CNC与计算机技术紧密的结合起来，使CNC友好的图形人机界面；各种智能化自动编程、加工过程自适应控制技术、加工参数的智能优化与选择、智能故障自诊断与自修复等智能化功能；具有标准的USB接口、PCMCIA接口和网络接口。如Siemens公司的810D和840D数控系统选用Windows操作系统，MITSUBISHI公司的700系列数控系统选用了Windows XPe嵌入式操作系统。这些系统都具有较好的开放性，能提供相应的软件包给用户开发各种个性化的应用功能。

另外，系统普遍采用嵌入式结构+实时现场总线。国外CNC制造商在其产品中广泛采用现场总线技术。如Siemens公司采用ProfiNet，Indramat、Fagor等公司采用SERCOS总线。FANUC 0i-C和30i中高档数控系统采用了先进的嵌入式结构。整个CNC系统包括液晶显示器、键盘和CNC主机集成在一个控制箱内,通过FSSB高速总线和伺服驱动器连接，接线简单方便。系统显得紧凑、简洁、美观，可靠性高。

此外，针对数控技术新标准STEP-NC展开研究。采用G，M代码来描述如何加工已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。

目前，欧美、日本、韩国等国家投入了大量资金研究STEP-NC，研究数据表明：STEP-NC应用将使加工工艺规划时间减少35%，生产数据的准备时间减少75%，加工时间减少50%（五轴和高速加工）。STEP-NC为真正实现基于网络的E-Manufacturing、CNC的自治智能制造提供了可能。目前STEP-NC的研究已取得了很大的进展。

先进计算机数控技术是是现代制造装备技术中各种新兴或尖端技术得以存在和发展的“使能技术”，是发展我国装备制造业必不可少的核心技术，其技术水平高低、规模化生产能力的大小，对于国民经济的发展、国力增强有着极其重要意义。

目前，我国在中高档数控系统领域还严重依赖进口，汽车生产线设备中很少见到国产系统。由于没有国产系统参与竞争，进口产品价格昂贵。因此，国家把高档数控系统和伺服驱动系统作为关键功能部件，与数控机床并列放在同等重要的地位发展。

国内的数控技术经过这些年的发展，基本掌握了现代数控技术和伺服驱动技术，初步形成了如华中数控、广州数控、上海开通数控等数控产业化基地。建立了一支数控研究开发、管理人才的基本队伍，在数控机床市场中占有一席之地。

国家 “十一五”数控重大专项的实施使基于现场总线技术的中高档数控系统和伺服驱动系统的研发有了重大突破，华中数控的HNC-8型数控系统已开始进入示范应用，这对我国高端数控软件研发有很大的促进作用。

发展自主产权的高端数控软件平台

数控技术发展的关键是数控软件的开发，有一个好的数控系统软件平台，又是数控技术能持续发展的基础。上海开通数控有限公司总结了多年来对国外先进的开放式数控系统研究开发的经验，研究了开放式数控系统的标准规范，完全自主创新建立了基于Windows和Linux双操作系统的开放式数控系统软件平台，在这个平台上开发了基于总线技术的中高档数控系统。其具有很好的开放性和灵活性，能较快适应用户设备的各种个性化需求。系统的下位机运动控制器（KT500/KT510）可以配置各种上位机-嵌入式数控系统显示单元（KT630）、台式电脑/笔记本电脑、工业计算机。上下位机通过标准以太网接口进行通信，该系列产品已应用于车、铣、磨、加工中心和滚齿机等装备。为实施“数控一代”机械产品创新工程、开通数控将在现有基础上完善并提升数控系统软件平台，继续开发基于实时以太网现场总线、多轴多通道的数控软件系统及其应用。

十余年来，开通数控与上海交大、上海理工大学、上海大学、上海机床厂有限公司等单位建立了产学研用联盟，在数控系统和伺服驱动系统的开发中紧密合作，取得了丰硕的成果。公司将充分发挥上海市软件工程中心（数控和伺服驱动）的作用，对数控产品进行示范应用和推广，扩大用户服务培训的范围。

数控技术发展的关键是数控软件的开发，由于我国的数控软件开发的基础薄弱，积累少，因此数控系统的开发周期长，稳定性可靠性较差。在计算机技术高速发展的今天，如何能快速可靠的开发出高质量、可持续发展的数控软件，缩短我们与国外数控技术水平的差距，具有重要意义。根据多年来积累的开放式数控系统研究开发及应用的经验，学习研究了国外开放式数控系统及相关标准规范，并根据公司自身发展数控技术的需求，研究开发了一种适用于开放式数控系统软件平台ONCASP(Open Numerical Controller Application Software Platform)。

ONCASP的开放性主要体现在四个层次：

第一层为内核层：由于运动控制与逻辑控制任务工作在实时内核中。ONCASP采用编译执行的PMC与PLC编程语言，允许用户定制实时控制任务，编写复杂的轨迹插补算法。编译执行的方式确保了系统级任务的运行效率。

第二层为插件层：由于ONCASP采用了模块化的设计。用户可以使用高级语言编写插件模块运行在系统程序的后台或前台。通过高级语言，可以将操作系统硬件以及第三方软件的资源与控制系统无缝整合在一起，使系统功能得到充分地延伸。

第三层为组态层：ONCASP提供了脚本语言编程接口以及基于XML的操作界面描述语言。通过这个接口，用户无需掌握专业的编程知识，就可以定制界面并可以实现基于菜单按钮的人机交互。这一层次主要面向控制系统的现场工程师和高级用户。他们往往掌握丰富的工艺经验，但是并不懂得软件编程技术。ONCASP的脚本和组态工具有效地降低了系统的二次开发的门槛。

第四层为网络层：基于以太网的Socket接口，ONCASP平台可以向网络上的远程计算机实时广播控制系统的状态，并可接受经过加密的控制指令。而通过无线Wi-Fi网络，对ONCASP平台的监控更可以扩展到智能移动终端。管理人员可以在工厂的每一个角落均可以实时了解到生产设备的工作状态。

以上几个开放层次，使ONCASP平台满足了不同层次的用户需求，并能适应灵活多变的应用场合。

在工业控制中广泛使用的具有图形用户界面的操作系统主要是Windows和Linux两种。ONCASP能够在这两种不同的操作系统中运行；并且在不同的操作系统中，基于ONCASP所开发的应用软件能够表现出相似的视感和操作方法。

数控系统集成CAD/CAM技术

数控系统的编程技术经过多年的不断发展，已经由传统的手工编程，逐渐转化为更加灵活易用的自动化辅助编程。尽管这一技术与专业的CAD/CAM软件之间仍然存在一定的差距，但是这并不能阻止它与数控系统的深度结合。

目前国外的知名数控系统，如西门子、海德汉、FANUC等，都根据各自数控系统的操作风格，发展起了专有的自动化辅助编程技术。与基于PC的专业的CAD/CAM软件相比，数控系统因为屏幕尺寸和输入设备的限制，在复杂零件建模方面仍然无法替代专业软件。

但是，数控系统上实现CAD/CAM具备两个独特的优势：一方面在于数控系统上能够随时编程、随时加工，有效提高工作效率；另一方面在于CAD/CAM能够获得数控系统的刀具、加工参数等信息，使所设计的零件在加工时都具备更好的工艺性，充分提高加工效率和质量。然而，方便灵活的CAD/CAM功能对数控系统的性能提出了更高的要求。正是由于以上原因，是否集成了CAD/CAM功能成为高档数控系统的重要辨别标准。

开通数控从1998年开始，就已经对集成CAD/CAM技术进行了跟踪研究。经过了十余年的发展。目前已经拥有了一套具有完全自主知识产权的CAD/CAM软件技术――KTCAM，并将其与ONCASP平台进行了深度整合。

KTCAM采用OpenGL三维渲染引擎，并采用高速三维建模算法。能够实现简单快捷的逆向重构。KTCAM能够支持多种主流CAD/CAM的文件格式，并能够基于基本的三维实体，通过拉伸、剪切、合并等实体算法生成复杂的三维零件形状。另外，根据当今艺术品、模具、广告和展会产业的快速发展，KTCAM还提供了浮雕、刻字等简单实用的曲面建模和刀具路径优化算法。而所有这些三维形状编辑和加工参数的设置操作都充分考虑到了数控系统的操作风格，力求操作简单。

随着CAD/CAM的应用日趋广泛，数控系统渐已成为高端软件技术发展的新高地。

软件平台应用

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一、前言

在工程设计中，一些机械零件，为了满足其所需工件性能要求，截面形状常设计成非圆形，如内燃机、发动机的活塞，为了改善活塞的接触状态，活塞的径向方向要设计成变椭圆截面。随着科学技术的不断发展，非圆曲线零件所占的比例日益增加，为了达到所需要性能要求，其加工精度要求也随之提高，而相应的非圆曲线零件精密高效加工技术也成为当今加工技术研究的热点。数控加工是非圆曲线零件加工中非常有效的加工方法，可大幅度地提高生产效率。

椭圆和抛物线等非圆曲线轮廓形状的工件在数控车削加工中属于复杂零件类别，其成型方法通常有三种，一是成型法，如铸、锻、冲压等；二是特殊加工法，如线切割、电火花、激光加工等；三是运动合成法的数控加工等，如采用二次曲线法或用户宏程序法等等。

成型法是非圆零件常用的方法之一，但由于其制造精度较低与表面粗糙度值较大，故不能用于非圆零件的精加工，通常用于制作零件毛坯。对于普通材料的非圆曲线零件，采用特种加工时，一是成本较高，二是难以获得较高的加工效率。运动合成法的数控加工是获得高精度非圆零件的主要途径，在数控技术出现之前，非圆曲线轮廓零件的车削方法有两种，一是机械运动合成法，二是靠模仿形加工法。随着计算机和自动化技术的不断发展，各种系统的数控车床的不断出现，为各类非圆截面零件的加工奠定了良好的基础。但数控加工一般只能作直线插补和圆弧插补，遇到回转轮廓是非圆曲线的零件时，数学处理的任务是用直线段或圆弧段去逼近非圆轮廓，这种拟合法的特点就是根据零件图纸的形状误差要求，把曲线用许多小段的直线或者圆弧段来代替，根据零件图纸的形状误差，如果要求越高，相应的代替直线（圆弧）段数就越多，虽然可以凭借CAD软件来计算各节点的坐标值，但是节点过多，也会导致加工的不便。所以本文采用灵活运用成型加工复合循环编程指令G73和宏程序相结合的方法，能够方便简捷地进行编程，从而提高加工效率。非圆曲线又可分为用方程表达的曲线和列表曲线两类，在此仅讨论可用方程表达的二次曲线（椭圆和抛物线等）。

二、G73编程指令的应用方法

编程指令G73，在多种数控车床系统中都作为复合型循环加工指令应用，而且应用格式和功能都基本相同。本文以FANUC（BEIJING- FANUC Series Oi Mate）数控系统为例来阐述非圆曲线轮廓的加工方法。

（一）G73指令使用的条件和格式

在FANUC数控车床系统中，G73指令一般用于粗加工锻造（或铸造）方式成型的工件，尤其是对于G71、G72等循环指令都无法加工的凹圆弧面的加工，它更能体现出优越性。

G73指令格式如下（BEIJING- FANUC Series Oi Mate）：

G73 U（ΔI）W（ΔK）R（d）

G73 P（n s）Q（nf）U（ ΔU）W（ ΔW）F（f）S（s）T（t）

N（ns）

。。。。。。

。。。。。。

N（nf）

指令中各参数的意义分别为：F为进给率，S为主轴转速，T为处于加工位置的刀位号，粗车加工过程中从顺序号ns到nf的程序段之间的F，S，T都无效，只G73指令中指定的F，S，T功能有效；ΔI为X轴方向退刀距离（半径指定）；Δ K为Z轴方向退刀距离；d为粗加工循环次数；ns为精加工循环段的第一个程序段号；nf为精加工循环段的最后一个程序段号；Δ U为X方向精加工预留量的距离及方向（直径指定）；Δ W为Z方向精加工预留量的距离及方向。

（二）G73指令的刀具循环路径

G73指令的刀具循环路径如图1所示。从 A′到B点的折线段为工件加工完成后的轮廓。加工时，刀具先定位于工件轮廓之外的点A，执行G73指令时，快速移动到点3，接着以点3为起点，按图中的箭头所指方向中途经点 3′，仿照工件的外形轮廓运行回到点2完成首次加工。

按照上述的运行规律，刀具循环运行3次最后回到点A，完成了对零件的粗加工。

G73指令在运用时，容易给使用者造成的麻烦是不知如何确定参数ΔI，ΔK和 d，随意确定的数值会导致：或者是刀具循环了多次还未加工到工件，或者是首次车削吃刀量过大，从而损坏刀具。这两类情况均会影响加工效率，达不到数控加工的目的。所以要解决此问题，其关键在于控制首次加工的吃刀量，使其值在背吃刀量的范围内。为使问题简单，可设置 ΔK与ΔW为零，主要解决如何确定ΔI的问题，从而可把循环路径简化为图2所示情况。

五、结束语

通过上例可知，G73指令修改后的格式类似子程序的运用，从工件外不断逼近，直至最后加工成型，该指令解决了G71在运用当中必须要保证X轴与Z轴单调变化的不足；另外非圆曲线的特点也不能用相对编程方式，导致子程序无法使用，因此要能加工非圆曲线的工件必须综合使用G73指令与非圆曲线宏程序，方能实现数控加工方便快捷的目的。

致谢：

作者在撰写本文过程中，非常高兴得到广东省国防工办技师学院的杨幕湘和唐红权等几位老师的有益指导，并对本文的修改提供了宝贵意见，谨此表示感谢。

参考文献：

[1] 宋小春，张木青.数控车床编程与操作（第一版）.广州经济出版社，2002

[2] 韩鸿鸾，荣维芝.数控机床加工程序的编制（第一版）[M ].北京；机械工业出版社，2004

[3] 禹诚，肖明.数控车削加工中公式曲线在数控大赛中应用[J].CAD/CAM与制造业信息化，2007