王賢虎，郭 微 （安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，安徽 合肥231603）

近十幾年來，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展非常迅猛。利用計(jì)算機(jī)完成從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控代碼 （NC代碼）仿真到加工裝配等所有環(huán)節(jié)，不僅可以大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，還大大降低了生產(chǎn)成本［1］。為此，筆者對數(shù)控仿真系統(tǒng)中NC代碼的處理問題進(jìn)行了研究，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)控代碼的快速、高效翻譯過程。

1 數(shù)控代碼翻譯模塊總體設(shè)計(jì)

數(shù)控代碼翻譯模塊包括NC代碼讀入、分析和執(zhí)行3個子模塊。首先，將編輯好的數(shù)控程序讀入到仿真系統(tǒng)中，然后對代碼進(jìn)行分析，包括詞法分析、語義分析等，如果沒有發(fā)現(xiàn)代碼錯誤，則數(shù)控程序可以進(jìn)入實(shí)施階段。

機(jī)床加工過程中主要運(yùn)動形式包括直線運(yùn)動和圓弧運(yùn)動［2］。如果能得到刀具軌跡上各斷點(diǎn)的坐標(biāo)值，就能實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動或圓弧運(yùn)動。其中起始點(diǎn)的坐標(biāo)值在語義分析完成后就能夠得到，軌跡上其他點(diǎn)坐標(biāo)值需要通過插補(bǔ)運(yùn)算來得到。對于上述坐標(biāo)值可采用隊(duì)列的形式存儲。當(dāng)產(chǎn)生新的坐標(biāo)值時，在隊(duì)列尾部增加節(jié)點(diǎn)來存儲這些數(shù)據(jù)。當(dāng)然不是將整個程序所得到的坐標(biāo)值一起存儲在一個隊(duì)列中，而是按照程序段進(jìn)行存儲，一個程序段對應(yīng)一個隊(duì)列，若隊(duì)列中為空，意味著機(jī)床在此沒有產(chǎn)生運(yùn)動，可以繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)的程序段，直至整個程序執(zhí)行完成。

在完成NC代碼的翻譯之后，將獲得的機(jī)床運(yùn)行相關(guān)信息輸出到運(yùn)動仿真模塊，從而驅(qū)動模型進(jìn)行數(shù)控加工過程的仿真。數(shù)控代碼處理過程如圖1所示。

圖1 數(shù)控代碼處理流程圖

2 數(shù)控代碼翻譯模塊設(shè)計(jì)

2.1 NC代碼讀入子模塊

數(shù)控程序采取逐行執(zhí)行的方式，也就是執(zhí)行完一行程序段再去執(zhí)行下行程序段，直至整個數(shù)控程序結(jié)束。為此選擇一個單向鏈表結(jié)構(gòu)來存儲數(shù)控代碼的各個程序段，鏈表中的一個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)一行程序段。下面為一個列表的具體結(jié)構(gòu)：

2.2 NC代碼分析子模塊

通過NC代碼讀入子模塊，可以將數(shù)控程序文件中的內(nèi)容存儲在一個單向鏈表中。其中，鏈表中的每一個字符串對應(yīng)數(shù)控程序的一行程序段。然后分析每個字符中的內(nèi)容，也就是要將每行程序段指令字后的數(shù)值單獨(dú)取出后為程序執(zhí)行階段所用。具體可以通過以下方式完成：

考慮到上述數(shù)據(jù)在程序執(zhí)行階段會被經(jīng)常使用，可以選擇雙向鏈表來存儲取出的指令字后的數(shù)值，具體內(nèi)容如下：

其中tool＿center＿x、tool＿center＿y、tool＿center＿z存儲每個程序段刀具中心位置坐標(biāo)。

2.3 NC代碼執(zhí)行子模塊

利用NC代碼分析子模塊可以得到存儲各指令字后數(shù)值的雙向鏈表line＿data，但鏈表中并沒有存儲刀具軌跡路徑上其他斷點(diǎn)的坐標(biāo)值。要獲得相應(yīng)坐標(biāo)值，需要通過插補(bǔ)運(yùn)算的方法來獲得，具體過程如下：數(shù)控程序經(jīng)過讀入階段和分析階段后，可以得到每個程序段指令字、起始點(diǎn)坐標(biāo)值、刀具中心坐標(biāo)值等相關(guān)信息，從而能夠做出象限的判斷、終點(diǎn)判別等操作，并為后續(xù)的插補(bǔ)運(yùn)算提供所需信息。插補(bǔ)運(yùn)算的算法較多，筆者選擇了逐點(diǎn)比較法［3］，其具體內(nèi)容如下：

以上定義的單向鏈表是用來存儲各個節(jié)點(diǎn)的插補(bǔ)指令、各節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)平面代碼值、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的象限值。其中2個聯(lián)合是為了實(shí)現(xiàn)終點(diǎn)判別和象限轉(zhuǎn)換。因?yàn)樵跀?shù)控加工過程中，各軸的進(jìn)給方向是根據(jù)后一點(diǎn)相對于當(dāng)前點(diǎn)所處的象限來確定的。由于空間中有很多象限，這樣在每個象限都需要進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算判別，這樣較為繁瑣，同時效率不高。為此采用直線插補(bǔ)的方式建立如下函數(shù)，并將函數(shù)值賦予變量quad［4］：

圖2 正在加工的數(shù)控仿真車床圖

其中x＿start，y＿start，x＿end，y＿end分別為前后程序段中的刀心的插補(bǔ)起、終點(diǎn)坐標(biāo)值。

3 仿真結(jié)果

以VC6.0編程軟件為基礎(chǔ)，探討了數(shù)控仿真系統(tǒng)中NC代碼的處理問題并實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工過程的仿真 （見圖2）。由于數(shù)控仿真系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大降低產(chǎn)品試制次數(shù)，從而縮短產(chǎn)品上市周期。因此，對于數(shù)控仿真系統(tǒng)中的數(shù)控代碼翻譯模塊的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］王太勇 .基于動態(tài)四叉樹的數(shù)控銑削加工仿真的研究 ［J］.機(jī)床與液壓，2006（9）：21－23.

［2］嚴(yán)蔚敏，吳偉民 .數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1997.

［3］王賢虎 .數(shù)控車削仿真系統(tǒng)的研究 ［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2006.

［4］張幸兒 .計(jì)算機(jī)編譯原理 ［M］.北京：科學(xué)出版社，1999.