数控开发人才培养模式的探讨*

丁仕燕 金祥曙 黄志荣 毛建秋 刘祖朋

常州工学院 江苏常州 213002

数控开发人才培养模式的探讨*

丁仕燕 金祥曙 黄志荣 毛建秋 刘祖朋

常州工学院 江苏常州 213002

本文在深入分析高质量数控技术人才的社会需求基础上, 提出了数控开发人才培养的教学内容和教学方法。

数控技术；层次性；教学方法

数控技术的应用给传统制造业带来了革命性的变化，随着数控技术的发展和应用领域的扩大，推动国民经济的各个产业迅速发展，这些产业所需装备的数字化已是各行业发展的大趋势，因此国家及各省市都把数字化装备制造作为优先发展的行业。因此，社会对数控设备开发人才的需求量越来越大，质量要求越来越高，但是数控开发人才的短缺已严重制约数控技术在各行业的推广应用。为了提高人才培养速度和质量，必须把实践技能和理论知识相结合。本文讨论了数控开发人才培养的教学内容及其教学方法。

一、数控机床的组成

数控机床的组成如图1所示,一般包括输入/输出装置、数控装置、伺服驱动及位置检测、机床电气控制、机床本体等五大部分组成。其中数控装置是数控机床的控制核心,它根据输入的指令,进行译码、插补计算和位置控制,以实现数控功能。以前数控设备的数控功能是用专用计算机的硬件结构来实现,所以称为硬件数控(NC)。现在主要以计算机的系统控制程序来实现部分或全部数控功能,所以称为软件数控(CNC)。

现代数控机床广泛采用PLC代替传统的机床电器逻辑控制装置。PLC是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它与先进的微机控制技术相结合已发展成为一种崭新的工业控制器，其控制功能已远远超出逻辑控制的范畴。它可靠性高、编程简单、使用方便、灵活性好，并可利用其强大的网络功能组成FMC、CIMS。数控机床的组成是各层次数控人才培养的基础，这部分内容教学应在数控机床现场进行，增加学生对数控机床的感性认识，从而提高教学效果。

二、数控插补原理

数控机床中的数控系统根本作用是对机床运动的轨迹进行控制，复杂形状零件加工是数控加工技术的重要应用对象。一般情况下是已加运动轨迹的起点坐标、终点坐标和轨迹方程，由数控系统实时地计算出各个中间点的坐标。这需要通过数控系统计算运动轨迹各个中间点的坐标，这就是所谓的“插补”运算。

大部分数控教材都介绍了直线插补、圆弧插补、螺纹插补等插补算法，并举例说明了插补运算过程，但是笔者认为，这些仅仅是纸上谈兵式教法，为了使学生真正掌握插补原理，有必要让学生在数控设备上自己编写插补软件来实现插补算法。在学习数控技术之前,学生已经掌握C语言、Visual Basic编程软件。为了提高插补速度，机床数控系统中插补任务一般采用汇编语言,因此难度大、工作量大。让学生采用C语言或Visual Basic实现插补软件可大大降低编程难度和工作量,同时可使学生加深对插补算法的理解。因此必须有一个插补实验台供学生使用,笔者在实验室已有的XY移动工作台基础上设计了一种简易插补实验台(见图2),即在计算机中插入一块I/0卡,通过I/0卡输出脉冲信号控制驱动器以控制步进电机；步进电机驱动X、Y移动平台移动，进而带动绘图笔画出插补曲线。

该方案已经实施并制造出样机（见图3），图4为该样机画出的样条插补曲线，图中两条曲线的插补脉冲当量分别用0.005mm、5mm。图3中采用百分表的表架夹持笔，刚性稍差，导致绘图过程中笔相对笔架的位置发生变动，因此笔架需从新设计。

三、基于PC的数控系统开发技术

数控系统自从1946年在美国诞生了，已经历了三个阶段：第一阶段称为数控（NC）阶段，它以晶体管、分立元件数字电路或集成数字电路为基础的硬件数控，因此系统扩展、修改困难。第二阶段称为计算机数控（CNC）阶段，在该阶段小型计算机用于数控系统，但是它采用的是专用的计算机、封闭式体系结构，这种专用体系结构的数控系统导致各厂商控制系统之间不兼容，系统的封闭性使它的升级、改造困难，不能满足制造业信息化的要求。第三阶段称为基于PC的开放式数控（PCNC）阶段，其主要形式是NC嵌入PC，即在PC机的总线上插上具有NC功能的运动控制卡（见图5）。

图5中PC机完成数控系统软件中的管理任务,运动控制卡完成插补运算、位置控制等实时性任务。在Windows操作系统上,采用Visual Basic、Visual C++等可视化开发工具,可快速构造出界面友好、功能强大的管理任务软件模块。开放式数控系统是数控技术发展的革命性飞跃，其硬件、软件和总线规范都是开放的,由于可充分利用PC机的软硬件资源，系统软硬件可随着PC技术的发展而升级,而且用户的二次开发也方便,开发周期大大缩短。PCNC已成为当今数控系统发展的必然趋势,必须把这部分新知识传授给学生。

图5 NC嵌入PC的开放式数控系统典型构成

为了培养数控系统开发人才,学校应该建立数控技术研究室,其任务是：培养研发型数控人才,在此基础上,逐步形成具有一定竞争优势的核心技术开发能力,与企业合作，走“产、学、研”相结合的道路。鼓励教师在实验室开展教学实验、科研,并让学生动手参与普通机床的数控改造,参与数控实验设备的开发。

四、结束语

数控技术综合了机械、电力电子、液压、控制、软件等多门学科的知识，因此数控人才的培养尤其是数控开发人才的培养是一个复杂的系统工程，必须从上述各门学科基础知识抓起。这要求：一方面，学生认真学好各门课程，任何急功近利、急于求成的思想都不利于高质量数控人才的培养；另一方面，由于个人的精力、专业的限制，个人不可能对上述各门学科都精通，因此培养学生的团队合作精神尤为重要。

[1]魏康民,聂建武.基于PC的开放式数控系统体系的分析[J].组合机床与自动化加工技术,2007，5:53～55

[2]陈文革.关于建立开放式数控实验室的思考.[EB/ OL]. (2006-7-8).http://www.zjucnc.com/Article/Class5/ Class19/200607/1390.html

Abstract: Based on analyzing the social demand of high-quality NC talents, teaching contents and teaching methods of the cultivating of NC talents are proposed.

Key words: NC technology;talents training;teaching methods

Discussion on the training model of NC development talents

Ding Shiyan, Jing Xiangshu, Huang Zhirong, Mao Jianqiu, Liu Zupeng
Chang zhou institute of technology, Changzhou, 213002, China

2009-09-22

丁仕燕，博士,副教授。

*本文系江苏省高校自然科学基金项目(07KJD510008)。