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引言

數(shù)控技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)床技術(shù)與信息技術(shù)，是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。隨著科技的發(fā)展，與傳統(tǒng)封閉式數(shù)控技術(shù)相比開(kāi)放式全閉環(huán)數(shù)控更符合未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)⑴。“PC +NC (運(yùn)動(dòng)控制器），’型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)^[2-]具有很好外部擴(kuò)展性、適應(yīng)性和靈活性，能根據(jù) 用戶(hù)要求定制特種復(fù)合加工系統(tǒng)。自主研發(fā)的鈑金刻銑與激光切割復(fù)合加工中心結(jié)構(gòu)上為“PC + NC”型開(kāi) 放式數(shù)控系統(tǒng)，即運(yùn)動(dòng)控制器為主體，PC作為上位機(jī) 運(yùn)行系統(tǒng)控制軟件處理非實(shí)時(shí)性任務(wù)^[4]，如響應(yīng)用戶(hù) 消息、G代碼的編譯^[5]等。

數(shù)控加工代碼是指導(dǎo)數(shù)控系統(tǒng)加工的關(guān)鍵信息。目前，對(duì)數(shù)控代碼進(jìn)行處理的方式主要有兩種:解釋和編譯^[6-]。解釋需要將代碼表示成某種中間形式再加以執(zhí)行，譯碼效果有限;編譯則直接將代碼轉(zhuǎn)換成為計(jì)
算機(jī)上可執(zhí)行的數(shù)據(jù)流，由控制器直接讀取執(zhí)行，譯碼效果理想。在“PC +運(yùn)動(dòng)控制器”型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng) 中，上位機(jī)PC負(fù)責(zé)將G代碼編譯成為可供運(yùn)動(dòng)控制器直接讀取的目標(biāo)程序格式，完成加工信息與非加工信息分離和有效管理。

針對(duì)自主研發(fā)的鈑金刻銑與激光切割復(fù)合加工數(shù) 控系統(tǒng)要求在同一機(jī)床坐標(biāo)系下既要實(shí)現(xiàn)銑削功能還要完成激光切割的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種G代碼編譯器，實(shí) 現(xiàn)對(duì)加工G代碼的檢錯(cuò)、譯碼及數(shù)據(jù)管理。

1 G代碼編譯器總體設(shè)計(jì)

G代碼編譯器是數(shù)控系統(tǒng)連接上（PC)下（運(yùn)動(dòng)控制器)位機(jī)的重要模塊^[8]，該模塊主要完成對(duì)符合標(biāo) 準(zhǔn)或特定格式要求的G代碼進(jìn)行編譯，然后以結(jié)構(gòu)體形式存放在上位機(jī)申請(qǐng)的動(dòng)態(tài)數(shù)組中等待打包下發(fā)給運(yùn)動(dòng)控制器。所設(shè)計(jì)編譯器整體流程如圖1所示，在編譯器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對(duì)G代碼的詞法、語(yǔ)法分析和指令模態(tài)下傳，并對(duì)存在問(wèn)題的程序段進(jìn)行錯(cuò)誤提示。

2 G代碼編譯器的實(shí)現(xiàn)

自主研發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)控制對(duì)象為特種復(fù)合加工中心，該設(shè)備的結(jié)構(gòu)包括通用三軸銑削數(shù)控加工中心部分、激光軸部分和專(zhuān)用夾具部分。因此，G代碼編譯器設(shè)計(jì)時(shí)除了滿(mǎn)足常規(guī)數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)G代碼指令譯碼要求外，還需識(shí)別激光軸和專(zhuān)用夾具控制指令。

2.1詞法分析程序的實(shí)現(xiàn)

數(shù)控加工代碼由字母與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組成，對(duì)其進(jìn)行詞法分析需完成數(shù)據(jù)分離、提取和格式轉(zhuǎn)換工作。根據(jù)特種復(fù)合加工中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在詞法分析程序定義的G代碼字符集中增加激光軸標(biāo)識(shí)符J和M21、 M53等激光、夾具控制指令。所設(shè)計(jì)的G代碼編譯器詞法分析步驟如下：

(1) 以程序段為單位對(duì)G代碼逐行讀取，將程序段存至臨時(shí)字符串?dāng)?shù)組中。從程序段中讀取一個(gè)字符，忽略其大小寫(xiě)，判斷該字符是否在定義的數(shù)控系統(tǒng) G代碼字符集中。若不在，則標(biāo)記錯(cuò)誤類(lèi)型以及錯(cuò)誤位置，并跳出編譯循環(huán)提示用戶(hù)錯(cuò)誤信息;若存在，提取該字符后的數(shù)據(jù)信息。

(2) 根據(jù)讀取的字符類(lèi)型將其數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。根據(jù)字符的類(lèi)型調(diào)用函數(shù)atm()或者at_〇f()將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為int型或float型。當(dāng)出現(xiàn)非常規(guī)數(shù)字（如出現(xiàn)兩個(gè) 正負(fù)號(hào)或一個(gè)以上小數(shù)點(diǎn)），則標(biāo)記錯(cuò)誤類(lèi)型以及錯(cuò)

位，環(huán) 示用戶(hù) 。

2.2語(yǔ)法分析程序的實(shí)現(xiàn)

詞法分析僅對(duì)G代碼程序字進(jìn)行檢測(cè)，但無(wú)法確保程序段語(yǔ)法的正確性。因此，需要對(duì)詞法分析所識(shí) 別出的功能字和數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)G代碼數(shù)控指令的規(guī) 則和語(yǔ)法進(jìn)行檢查。針對(duì)特種復(fù)合加工中心的主軸與激光軸的移動(dòng)位于同一方向的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在程序段語(yǔ) 法分析時(shí)增加了對(duì)進(jìn)給軸的互鎖檢查。G代碼編譯中對(duì)程序段進(jìn)行如下語(yǔ)法分析#

(1) 程序段號(hào)檢查#將當(dāng)前程序段號(hào)與前一段對(duì) 比，若不符合遞增規(guī)律，則標(biāo)記錯(cuò)誤類(lèi)型；

(2) 程序段模態(tài)指令檢查_:標(biāo)記程序段中同組模態(tài)指令出現(xiàn)次數(shù)。當(dāng)該程序段同時(shí)存在多個(gè)同組指

令，如G02 G03 X100,則標(biāo)記錯(cuò)誤類(lèi)型；

(3) 冗余指令檢查:判斷程序中是否出現(xiàn)冗余指令或字符，如同一行中出現(xiàn)兩個(gè)X坐標(biāo)字，則標(biāo)記錯(cuò) 誤類(lèi)型；

(4) 指令數(shù)據(jù)和進(jìn)給軸行程范圍檢查:若存在數(shù) 值超程，如主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)上限10000 r/min，則標(biāo)記錯(cuò)

；

(5) 進(jìn)給軸互鎖檢查:若程序段中同時(shí)存在主軸和激光軸的運(yùn)動(dòng)指令，則標(biāo)記錯(cuò)誤類(lèi)型。

當(dāng)語(yǔ)法分析過(guò)程中錯(cuò)誤類(lèi)型標(biāo)記不為空，則跳出編譯循環(huán)并提示用戶(hù)錯(cuò)誤信息和程序段位置。詞法、語(yǔ)法分析程序?qū)崿F(xiàn)流程見(jiàn)圖2。

2.3指令模態(tài)下傳的實(shí)現(xiàn)

在G代碼中有一些模態(tài)功能⁾⁹⁴⁰」指令，如G00、 G01等。這類(lèi)指令將會(huì)保持有效直到被下一條具有相同模態(tài)功的指換，調(diào)用函數(shù) CheckSen ()實(shí)現(xiàn)程序段間的模態(tài) 傳遞。具體實(shí)現(xiàn)流程見(jiàn)圖3，其中SenEr/是模態(tài)下傳時(shí)出現(xiàn)錯(cuò) 的記。

3編譯數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

譯碼過(guò)程中需對(duì)取的代據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，因此設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)體GC0DE保存G代碼程序段編譯完成后所得數(shù)據(jù)，并以動(dòng)態(tài)數(shù)組存儲(chǔ)G 代碼文件的全部譯碼數(shù)據(jù)。GCODE結(jié)構(gòu)體如下：

struct GCODE

unsigned char n; //.了數(shù)

unsigned char m; //輔助功能代碼

unsigned char t;//刀具號(hào)

unsigned char g;//G 功能代碼

Ratf;//F代碼（進(jìn)給速率）

int s;//S代碼（主軸轉(zhuǎn)速）

float x;//X軸坐標(biāo)

float y;//Y軸坐標(biāo)

float z;//Z軸坐標(biāo)

float q;//J軸坐標(biāo)

float i;//圓弧插補(bǔ)參數(shù)

float j;//圓弧插補(bǔ)參數(shù)

float k;//圓弧插補(bǔ)參數(shù)

float w;//螺距參數(shù)

float p;//延時(shí)參數(shù)

}；

4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

以鈑金刻銑與激光切割復(fù)合加工中心開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)圖形仿真與實(shí)例加工來(lái)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)G代碼編譯器的可行性。

繪制加工零件并生成對(duì)應(yīng)G代碼，將該G代碼導(dǎo)人鈑金刻銑與激光切割復(fù)合加工中心數(shù)控系統(tǒng)上位機(jī)控制軟件，導(dǎo)人的部分G代碼如圖4所示，經(jīng)過(guò)編譯代碼后的軌跡仿真和實(shí)例加工的樣例分別如圖5a和圖5b所示。

N0820 G01 X-68.15 F936

N0830 G03 X-68 Q0 10 J0.15

NO840 G02 X-S4.S49 Q20.6978 122.6S J0

N的G03 X-46.72 Q39.S988 1-6.的12 J13.S702

N0860 G的 K-17.燦88 Q68.87 121.1403 J8.13的

N0870G03X1.4522〇76.699I5.3308J13.8602

N0880 G02 ^42.8478 120.6978 J-9.199

N0890 G03 K61.7488 Q68.87 113.5702 J6.0312

N0900G02K91.02〇39.5988 I8.1309J-21.1403

N0910 G03 X98.849 Q20.6978 113.8602 J-5.33的

N0920 G02 Q-20.6978 1-9.199 J-20.6978

N0930 GQ3 X91.02 Q-39.S988 16.0312 J-13.S702

H09l|0G02}{61.7li88Q-68.87 I-21.1li03J-8.1309

H0950 G03 X42.8478 Q-76.699 1-5.3308 J-13.8662

H0960 G02 X1.U522 1-20.6978 J9.199

H0970 G03 X-17.IIU88 q-68.87 1-13.5702 J-6.的 12

N0980 G02 X-U6.72 Q-39.5988 1-8.1309 J21.1403

N0990 G03 X-54.5II9 Q-20.6978 1-13.8602 J5.3308

N1000 G02 X-68 QB 19.199 J20.6978

N1010 G03 X-68.15 Q0.15 1-0.15 JO

N1030 M83

N1040 M52

N185Q M30

(a)加工前的仿真軌跡（b)加工后的實(shí)物照片

5結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)自主研發(fā)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)具有鈑金刻銑與激光切割復(fù)合加工的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種既滿(mǎn)足一般通用性又滿(mǎn)足刻銑與激光切割復(fù)合加工要求的G代碼編譯器。該編譯器能夠?qū)?/span>G代碼進(jìn)行詞法和語(yǔ)法分析，并提示譯碼過(guò)程中的錯(cuò)誤信息。實(shí)際加工實(shí)驗(yàn)結(jié) 果表明所開(kāi)發(fā)的G代碼編譯器能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)提取與解析，完成加工信息的轉(zhuǎn)換。該研究可為后續(xù)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)提供一定的借鑒作用。