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引言

數控技術結合傳統機床技術與信息技術，是制造工業現代化的重要基礎。隨著科技的發展，與傳統封閉式數控技術相比開放式全閉環數控更符合未來發展趨勢⑴。“PC +NC (運動控制器），’型開放式數控系統^[2-]具有很好外部擴展性、適應性和靈活性，能根據用戶要求定制特種復合加工系統。自主研發的鈑金刻銑與激光切割復合加工中心結構上為“PC + NC”型開放式數控系統，即運動控制器為主體，PC作為上位機運行系統控制軟件處理非實時性任務^[4]，如響應用戶消息、G代碼的編譯^[5]等。

數控加工代碼是指導數控系統加工的關鍵信息。目前，對數控代碼進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行，譯碼效果有限;編譯則直接將代碼轉換成為計
算機上可執行的數據流，由控制器直接讀取執行，譯碼效果理想。在“PC +運動控制器”型開放式數控系統中，上位機PC負責將G代碼編譯成為可供運動控制器直接讀取的目標程序格式，完成加工信息與非加工信息分離和有效管理。

針對自主研發的鈑金刻銑與激光切割復合加工數控系統要求在同一機床坐標系下既要實現銑削功能還要完成激光切割的特點，設計一種G代碼編譯器，實現對加工G代碼的檢錯、譯碼及數據管理。

1 G代碼編譯器總體設計

G代碼編譯器是數控系統連接上（PC)下（運動控制器)位機的重要模塊^[8]，該模塊主要完成對符合標準或特定格式要求的G代碼進行編譯，然后以結構體形式存放在上位機申請的動態數組中等待打包下發給運動控制器。所設計編譯器整體流程如圖1所示，在編譯器內部實現對G代碼的詞法、語法分析和指令模態下傳，并對存在問題的程序段進行錯誤提示。

2 G代碼編譯器的實現

自主研發的數控系統控制對象為特種復合加工中心，該設備的結構包括通用三軸銑削數控加工中心部分、激光軸部分和專用夾具部分。因此，G代碼編譯器設計時除了滿足常規數控標準G代碼指令譯碼要求外，還需識別激光軸和專用夾具控制指令。

2.1詞法分析程序的實現

數控加工代碼由字母與數字數據組成，對其進行詞法分析需完成數據分離、提取和格式轉換工作。根據特種復合加工中心的結構特點，在詞法分析程序定義的G代碼字符集中增加激光軸標識符J和M21、 M53等激光、夾具控制指令。所設計的G代碼編譯器詞法分析步驟如下：

(1) 以程序段為單位對G代碼逐行讀取，將程序段存至臨時字符串數組中。從程序段中讀取一個字符，忽略其大小寫，判斷該字符是否在定義的數控系統 G代碼字符集中。若不在，則標記錯誤類型以及錯誤位置，并跳出編譯循環提示用戶錯誤信息;若存在，提取該字符后的數據信息。

(2) 根據讀取的字符類型將其數據進行轉換。根據字符的類型調用函數atm()或者at_〇f()將數據轉換為int型或float型。當出現非常規數字（如出現兩個正負號或一個以上小數點），則標記錯誤類型以及錯

位，環示用戶。

2.2語法分析程序的實現

詞法分析僅對G代碼程序字進行檢測，但無法確保程序段語法的正確性。因此，需要對詞法分析所識別出的功能字和數據按照標準G代碼數控指令的規則和語法進行檢查。針對特種復合加工中心的主軸與激光軸的移動位于同一方向的結構特點，在程序段語法分析時增加了對進給軸的互鎖檢查。G代碼編譯中對程序段進行如下語法分析#

(1) 程序段號檢查#將當前程序段號與前一段對比，若不符合遞增規律，則標記錯誤類型；

(2) 程序段模態指令檢查_:標記程序段中同組模態指令出現次數。當該程序段同時存在多個同組指

令，如G02 G03 X100,則標記錯誤類型；

(3) 冗余指令檢查:判斷程序中是否出現冗余指令或字符，如同一行中出現兩個X坐標字，則標記錯誤類型；

(4) 指令數據和進給軸行程范圍檢查:若存在數值超程，如主軸轉速超過上限10000 r/min，則標記錯

；

(5) 進給軸互鎖檢查:若程序段中同時存在主軸和激光軸的運動指令，則標記錯誤類型。

當語法分析過程中錯誤類型標記不為空，則跳出編譯循環并提示用戶錯誤信息和程序段位置。詞法、語法分析程序實現流程見圖2。

2.3指令模態下傳的實現

在G代碼中有一些模態功能⁾⁹⁴⁰」指令，如G00、 G01等。這類指令將會保持有效直到被下一條具有相同模態功的指換，調用函數 CheckSen ()實現程序段間的模態傳遞。具體實現流程見圖3，其中SenEr/是模態下傳時出現錯的記。

3編譯數據存儲

譯碼過程中需對取的代據進行存儲，因此設計結構體GC0DE保存G代碼程序段編譯完成后所得數據，并以動態數組存儲G 代碼文件的全部譯碼數據。GCODE結構體如下：

struct GCODE

unsigned char n; //.了數

unsigned char m; //輔助功能代碼

unsigned char t;//刀具號

unsigned char g;//G 功能代碼

Ratf;//F代碼（進給速率）

int s;//S代碼（主軸轉速）

float x;//X軸坐標

float y;//Y軸坐標

float z;//Z軸坐標

float q;//J軸坐標

float i;//圓弧插補參數

float j;//圓弧插補參數

float k;//圓弧插補參數

float w;//螺距參數

float p;//延時參數

}；

4實驗驗證

以鈑金刻銑與激光切割復合加工中心開放式數控系統為實驗平臺，通過圖形仿真與實例加工來驗證所設計G代碼編譯器的可行性。

繪制加工零件并生成對應G代碼，將該G代碼導人鈑金刻銑與激光切割復合加工中心數控系統上位機控制軟件，導人的部分G代碼如圖4所示，經過編譯代碼后的軌跡仿真和實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)加工后的實物照片

5結束語

針對自主研發的開放式數控系統具有鈑金刻銑與激光切割復合加工的特點，設計出一種既滿足一般通用性又滿足刻銑與激光切割復合加工要求的G代碼編譯器。該編譯器能夠對G代碼進行詞法和語法分析，并提示譯碼過程中的錯誤信息。實際加工實驗結果表明所開發的G代碼編譯器能準確實現數據提取與解析，完成加工信息的轉換。該研究可為后續開放式數控系統的開發與實現提供一定的借鑒作用。

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