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0  引言：

   數(shù)控機(jī)床可以保證產(chǎn)品達(dá)到很高的精度和穩(wěn)定的加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率高，準(zhǔn)備周期短。可以大大節(jié)省專用工藝設(shè)備，適應(yīng)產(chǎn)品快速更新?lián)Q代的要求，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。

    數(shù)控程序記錄了數(shù)控加工的一切必要信息：零件加工的工藝順序，運(yùn)動(dòng)軌跡與方位，工藝參數(shù)（轉(zhuǎn)速，進(jìn)給量和切削速度）以及輔助功能（換刀，變速，切削液的開啟）。在CNC系統(tǒng)中，無論是自動(dòng)生成還是手工編制的數(shù)控程序，計(jì)算機(jī)都無法直接根據(jù)數(shù)控程序進(jìn)行加工，必須通過解釋程序提取數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的程序，以供計(jì)算機(jī)進(jìn)行加工仿真或控制機(jī)床加工零件。因此數(shù)控代碼解釋器也就成為CNC系統(tǒng)的一個(gè)重要模塊。

    對程序進(jìn)行譯碼的方式主要由兩種：編譯和解釋，編譯系統(tǒng)速度快，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；解釋系統(tǒng)速度慢，結(jié)構(gòu)簡單。目前，絕大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都采用解釋方式對數(shù)控加工程序進(jìn)行譯碼。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)雖然是一個(gè)對系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求比較高的應(yīng)用程序，但其主要的實(shí)時(shí)性任務(wù)是插補(bǔ)及位置控制，譯碼并不需要非常快的速度，盡管越快越好。考慮到解釋程序結(jié)構(gòu)簡單，且足夠滿足系統(tǒng)需要，本系統(tǒng)采用解釋的方式進(jìn)行譯碼，相應(yīng)的程序稱為G代碼解釋器。

1 數(shù)控加工程序的組成和特點(diǎn)

1．1 數(shù)控程序的組成

    國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了字地址程序段格式ISO-6983-1-1982標(biāo)準(zhǔn)，其形式如下：

N...G...X...Y...Z...I..J..K...M...S...T...F...<CR>

    其中，N是程序段的順序號(hào)，G是準(zhǔn)備功能字，X，Y，Z，I，J，K后為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)尺寸，第三部分是一些加工時(shí)的工藝參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度，刀具號(hào)等）。數(shù)控程序是由這樣一組字地址組成的指令集，它包含加工時(shí)所需的一切信息，提供了數(shù)控機(jī)床實(shí)際加工零件時(shí)所需的一切信息。

1．2 數(shù)控程序的特點(diǎn)

    分析數(shù)控程序的組成，可知數(shù)控程序如下的一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

（1）每一個(gè)數(shù)控程序段由若干個(gè)字組成

（2）每個(gè)字由表示地址的英文字母及數(shù)字集合而成

（3）每個(gè)程序段表示機(jī)床的位移或功能指令

（4）在同一個(gè)程序段內(nèi)，同一個(gè)字不能重復(fù)出現(xiàn)

 
依據(jù)ISO的標(biāo)準(zhǔn)的G代碼，經(jīng)分析后可以總結(jié)出G代碼的文法和語法特點(diǎn)

（1）數(shù)控程序段為典型的上下文無關(guān)文法，即語法單位可完全獨(dú)立于其可能出現(xiàn)的環(huán)境。

（2）數(shù)控代碼語法規(guī)則簡單，數(shù)量較少。

2 數(shù)控程序解釋器的功能

（1）語法檢查，詞法檢查和邏輯檢查：

    語法檢查主要是檢查數(shù)控指令是否符合數(shù)控系統(tǒng)的語法規(guī)則。例如G代碼中一般要求字母要大寫，指令的某些參數(shù)必須要明確指定。程序開始有程序開始字符，結(jié)束有程序結(jié)束字符等。

    詞法檢查主要是檢查G代碼中每一指令字中的地址符，及其后面的數(shù)字類型，數(shù)字范圍是否符合G代碼中的規(guī)則，如在程序中不能出現(xiàn)未定義的地址符號(hào)，地址符后的X，Y，Z的坐標(biāo)值不能超過機(jī)床本身最大的工作行程

    邏輯檢查就是檢查G代碼指令必須符合邏輯，如圓弧插補(bǔ)指令中指定要插補(bǔ)的圓弧必須要存在。另外，加工過程中不得發(fā)生過切，干涉碰撞等

    （2）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：

     讀入程序行，提取運(yùn)動(dòng)信息，將所有的程序行轉(zhuǎn)化為機(jī)床運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)信息和機(jī)床輔助功能指令

    （3）處理變量表達(dá)式：

     支持變量和表達(dá)式，可以使用戶編程更具靈活性，從而為用戶帶來更多方便。

    （4）控制結(jié)構(gòu)處理：

     解釋器可以根據(jù)用戶設(shè)定的具體條件來選擇合適的執(zhí)行路徑以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的控制邏輯。

    （5）處理子程序和宏程序調(diào)用

     子程序和宏程序的實(shí)現(xiàn)可以方便用戶重用程序，提高效率。

3 數(shù)控程序解釋器的實(shí)現(xiàn)

    NC程序的解釋思路是建立一個(gè)與數(shù)控代碼程序行相對應(yīng)的類對象，將此對象作為一個(gè)臨時(shí)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，將程序段的數(shù)控加工程序依次讀出，經(jīng)解釋變換后寫入類對象數(shù)組，這樣，所有的NC信息文件就全部保存在類對象數(shù)組中，其中存放著加工時(shí)所需的一切指令和坐標(biāo)信息。

    NC信息的結(jié)構(gòu)如下：

struct Dot

{  

    int       command;     //G代碼命令

    int       LineNumber;  //代碼行號(hào)

    int       MyLineNumber;//解釋行號(hào)

int       assitantcode;//輔助功能字

double    XPosition;   //相對于機(jī)械坐標(biāo)原點(diǎn)的X軸絕對位置

    double    YPosition;   //相對于機(jī)械坐標(biāo)原點(diǎn)的Y軸絕對位置

    double    ZPosition;   //相對于機(jī)械坐標(biāo)原點(diǎn)的Z軸絕對位置

double    OXPosition;  //原始X軸位置

    double    OYPosition;  //原始Y軸位置

    double    OZPosition;  //原始Z軸位置

double    DXPosition;   //兩點(diǎn)的X軸相對位置

    double    DYPosition;   //兩點(diǎn)的Y軸相對位置

    double    DZPosition;   //兩點(diǎn)的Z軸相對位置

double    IPosition;   //圓弧插補(bǔ)時(shí)的I值

    double    JPosition;   //圓弧插補(bǔ)時(shí)的J值

    double    KPosition;   //圓弧插補(bǔ)時(shí)的K值

double    angle;       //圓弧插補(bǔ)時(shí)的角度值

    double    radius ;     //圓弧插補(bǔ)半徑

. . . . . .

    double    advancespeed; //進(jìn)給速度

    double    rotatespeed;  //主軸轉(zhuǎn)速

    BYTE      byMoveAxis;   //移動(dòng)軸

};

    另外對于子程序，它被主程序調(diào)用，執(zhí)行結(jié)束后回到主程序中指定的位置，且子程序又可以調(diào)用自身或其它子程序，當(dāng)每次完成子程序后，它又得回到相應(yīng)的主程序中，其先進(jìn)后出的特點(diǎn)，可以用棧來實(shí)現(xiàn)，因此在其被調(diào)用時(shí)建立一個(gè)子程序棧，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

struct programme

{

int     name;    /子程序名

int     beginaddress /子程序的起始地址

int     endaddress   /子程序的返回地址

int     loop         /子程序的執(zhí)行次數(shù)

};

其具體解釋過程如下：

     （1）逐行讀入NC程序，進(jìn)行預(yù)處理，過濾去除注釋文字及空格，得到有效的字符程序段

（2）執(zhí)行語法檢查，詞法檢查和邏輯結(jié)構(gòu)檢查。
 
 對依次讀入的每一程序行，與G代碼的詞法規(guī)則，語法規(guī)則，邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較檢查。

     如果產(chǎn)生沖突，則顯示出相應(yīng)的錯(cuò)誤信息，指出其錯(cuò)誤性質(zhì)和錯(cuò)誤所在的位置。（1）（2）步軟件流程圖如圖1所示。如所有的檢查都已通過，整個(gè)G代碼無任何詞法，語法和邏輯錯(cuò)誤，則進(jìn)入第（3）步。

    （3）從有效的字符段中提取相應(yīng)命令和數(shù)據(jù)。

     在確認(rèn)整個(gè)程序沒有任何錯(cuò)誤之后，逐行讀入G代碼，從字符行中提取有效信息，把所有命令和相應(yīng)的參數(shù)放在前面所定義的Dot類型中。如存在子程序調(diào)用或跳轉(zhuǎn)時(shí)，就轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序或跳轉(zhuǎn)，逐行解釋，然后再回到主程序中或跳轉(zhuǎn)指令所指定的行號(hào)，繼續(xù)逐行讀入，逐行解釋，這樣整個(gè)G代碼就展開為轉(zhuǎn)化為Dot類的對象數(shù)組。其軟件流程圖如圖2所示。

    （4）執(zhí)行語義分析，將所有命令轉(zhuǎn)化為圓弧和直線插補(bǔ)。

    讀入Dot類對象的數(shù)組，將所有的非圓弧和直線插補(bǔ)的動(dòng)作指令轉(zhuǎn)化為圓弧和直線插補(bǔ)，其中的回參考點(diǎn)指令，固定循環(huán)等。如固定循環(huán)，就是一系列圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)的組合，根據(jù)其指令中的參數(shù)，完全可以計(jì)算出轉(zhuǎn)化為直線插補(bǔ)時(shí)的每一步的進(jìn)給量和圓弧插補(bǔ)的參數(shù)。

    在最后所得到的一系列的類對象數(shù)組中，所有的動(dòng)作命令全部都已轉(zhuǎn)化為圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)這兩種指令，所有的功能指令也都存放在相應(yīng)的標(biāo)志位中，所有的X，Y，Z的坐標(biāo)都已轉(zhuǎn)化為相對于機(jī)械坐標(biāo)原點(diǎn)的值。

    總而言之，整個(gè)G代碼解釋的過程就是通過詞法檢查，語發(fā)檢查，邏輯檢查，然后提取命令和數(shù)據(jù)。最后是對具體命令進(jìn)一步解釋為圓弧和直線插補(bǔ)指令。

4 實(shí)際加工和仿真

    筆者用Visual C++ 6.0 語言在windows平臺(tái)下開發(fā)了一套與運(yùn)動(dòng)控制卡相配套的數(shù)控雕刻軟件.已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)數(shù)控軟件的基本功能，同時(shí)通過實(shí)際加工和圖形仿真，充分驗(yàn)證了G代

碼解釋的正確性和可靠性。下面兩張圖分別為用雕刻機(jī)實(shí)際加工的飛機(jī)模型的相片和計(jì)算機(jī)

讀入G代碼，通過解釋得到數(shù)據(jù)，傳送給仿真程序而生成的圖像

圖3為實(shí)際加工飛機(jī)的圖像。