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0  引言：

   數控機床可以保證產品達到很高的精度和穩定的加工質量，生產效率高，準備周期短。可以大大節省專用工藝設備，適應產品快速更新換代的要求，已經得到廣泛的應用。

    數控程序記錄了數控加工的一切必要信息：零件加工的工藝順序，運動軌跡與方位，工藝參數（轉速，進給量和切削速度）以及輔助功能（換刀，變速，切削液的開啟）。在CNC系統中，無論是自動生成還是手工編制的數控程序，計算機都無法直接根據數控程序進行加工，必須通過解釋程序提取數據，轉換為計算機可以執行的程序，以供計算機進行加工仿真或控制機床加工零件。因此數控代碼解釋器也就成為CNC系統的一個重要模塊。

    對程序進行譯碼的方式主要由兩種：編譯和解釋，編譯系統速度快，結構復雜；解釋系統速度慢，結構簡單。目前，絕大多數的數控系統都采用解釋方式對數控加工程序進行譯碼。因為數控系統雖然是一個對系統的實時性要求比較高的應用程序，但其主要的實時性任務是插補及位置控制，譯碼并不需要非常快的速度，盡管越快越好。考慮到解釋程序結構簡單，且足夠滿足系統需要，本系統采用解釋的方式進行譯碼，相應的程序稱為G代碼解釋器。

1 數控加工程序的組成和特點

1．1 數控程序的組成

    國際標準化組織制定了字地址程序段格式ISO-6983-1-1982標準，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，G是準備功能字，X，Y，Z，I，J，K后為機床的運動坐標尺寸，第三部分是一些加工時的工藝參數（主軸轉速，進給速度，刀具號等）。數控程序是由這樣一組字地址組成的指令集，它包含加工時所需的一切信息，提供了數控機床實際加工零件時所需的一切信息。

1．2 數控程序的特點

    分析數控程序的組成，可知數控程序如下的一些結構特點：

（1）每一個數控程序段由若干個字組成

（2）每個字由表示地址的英文字母及數字集合而成

（3）每個程序段表示機床的位移或功能指令

（4）在同一個程序段內，同一個字不能重復出現

 
依據ISO的標準的G代碼，經分析后可以總結出G代碼的文法和語法特點

（1）數控程序段為典型的上下文無關文法，即語法單位可完全獨立于其可能出現的環境。

（2）數控代碼語法規則簡單，數量較少。

2 數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控指令是否符合數控系統的語法規則。例如G代碼中一般要求字母要大寫，指令的某些參數必須要明確指定。程序開始有程序開始字符，結束有程序結束字符等。

    詞法檢查主要是檢查G代碼中每一指令字中的地址符，及其后面的數字類型，數字范圍是否符合G代碼中的規則，如在程序中不能出現未定義的地址符號，地址符后的X，Y，Z的坐標值不能超過機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，如圓弧插補指令中指定要插補的圓弧必須要存在。另外，加工過程中不得發生過切，干涉碰撞等

    （2）數據格式轉換：

     讀入程序行，提取運動信息，將所有的程序行轉化為機床運動的坐標信息和機床輔助功能指令

    （3）處理變量表達式：

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

    （4）控制結構處理：

     解釋器可以根據用戶設定的具體條件來選擇合適的執行路徑以實現預定的控制邏輯。

    （5）處理子程序和宏程序調用

     子程序和宏程序的實現可以方便用戶重用程序，提高效率。

3 數控程序解釋器的實現

    NC程序的解釋思路是建立一個與數控代碼程序行相對應的類對象，將此對象作為一個臨時的數據緩沖區，將程序段的數控加工程序依次讀出，經解釋變換后寫入類對象數組，這樣，所有的NC信息文件就全部保存在類對象數組中，其中存放著加工時所需的一切指令和坐標信息。

    NC信息的結構如下：

struct Dot

{  

    int       command;     //G代碼命令

    int       LineNumber;  //代碼行號

    int       MyLineNumber;//解釋行號

int       assitantcode;//輔助功能字

double    XPosition;   //相對于機械坐標原點的X軸絕對位置

    double    YPosition;   //相對于機械坐標原點的Y軸絕對位置

    double    ZPosition;   //相對于機械坐標原點的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;   //兩點的X軸相對位置

    double    DYPosition;   //兩點的Y軸相對位置

    double    DZPosition;   //兩點的Z軸相對位置

double    IPosition;   //圓弧插補時的I值

    double    JPosition;   //圓弧插補時的J值

    double    KPosition;   //圓弧插補時的K值

double    angle;       //圓弧插補時的角度值

    double    radius ;     //圓弧插補半徑

. . . . . .

    double    advancespeed; //進給速度

    double    rotatespeed;  //主軸轉速

    BYTE      byMoveAxis;   //移動軸

};

    另外對于子程序，它被主程序調用，執行結束后回到主程序中指定的位置，且子程序又可以調用自身或其它子程序，當每次完成子程序后，它又得回到相應的主程序中，其先進后出的特點，可以用棧來實現，因此在其被調用時建立一個子程序棧，其數據結構:

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         /子程序的執行次數

};

其具體解釋過程如下：

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

（2）執行語法檢查，詞法檢查和邏輯結構檢查。
 
 對依次讀入的每一程序行，與G代碼的詞法規則，語法規則，邏輯結構進行比較檢查。

     如果產生沖突，則顯示出相應的錯誤信息，指出其錯誤性質和錯誤所在的位置。（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G代碼無任何詞法，語法和邏輯錯誤，則進入第（3）步。

    （3）從有效的字符段中提取相應命令和數據。

     在確認整個程序沒有任何錯誤之后，逐行讀入G代碼，從字符行中提取有效信息，把所有命令和相應的參數放在前面所定義的Dot類型中。如存在子程序調用或跳轉時，就轉入相應的子程序或跳轉，逐行解釋，然后再回到主程序中或跳轉指令所指定的行號，繼續逐行讀入，逐行解釋，這樣整個G代碼就展開為轉化為Dot類的對象數組。其軟件流程圖如圖2所示。

    （4）執行語義分析，將所有命令轉化為圓弧和直線插補。

    讀入Dot類對象的數組，將所有的非圓弧和直線插補的動作指令轉化為圓弧和直線插補，其中的回參考點指令，固定循環等。如固定循環，就是一系列圓弧插補和直線插補的組合，根據其指令中的參數，完全可以計算出轉化為直線插補時的每一步的進給量和圓弧插補的參數。

    在最后所得到的一系列的類對象數組中，所有的動作命令全部都已轉化為圓弧插補和直線插補這兩種指令，所有的功能指令也都存放在相應的標志位中，所有的X，Y，Z的坐標都已轉化為相對于機械坐標原點的值。

    總而言之，整個G代碼解釋的過程就是通過詞法檢查，語發檢查，邏輯檢查，然后提取命令和數據。最后是對具體命令進一步解釋為圓弧和直線插補指令。

4 實際加工和仿真

    筆者用Visual C++ 6.0 語言在windows平臺下開發了一套與運動控制卡相配套的數控雕刻軟件.已經基本實現數控軟件的基本功能，同時通過實際加工和圖形仿真，充分驗證了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實際加工的飛機模型的相片和計算機

讀入G代碼，通過解釋得到數據，傳送給仿真程序而生成的圖像

圖3為實際加工飛機的圖像。