（机械制造及其自动化专业论文）三轴立式数控铣床加工仿真系统研发.pdf

subject ：development on three axis cnc machining simulation system specialty ：machinery manufacturing and its automation name ：dai jiarongdai jiarong (signature) instructor ：wei juanwei juan (signature) abstract nc simulation is nc machining process in virtual environment mapping. as an important part of virtual manufacturing, it can be used to test the nc code is correct and to judge whether there had been cut, rough cut leakage phenomenon, to shorten the product development cycle has important practical significance. based on the analysis of the domestic and foreign existing3d simulation modeling theory and method based on the discrete modeling technology, introduced to the nc milling simulation modeling, put forward to include triangle based discrete modeling method for processing environment form construction, based on geometrical modeling method of tool path bounding box cutter and blank intersection algorithm and based on the display list and vertex search algorithm simulation optimization algorithm in cnc milling simulation method, and the related key technologies are studied. based on the common geometric modeling methods advantages and disadvantages, and for three axis nc milling machining features, is proposed based on discrete modeling of three axis nc milling simulation modeling method. put forward considering of effect and efficiency of three axis nc milling simulation principle, and on this basis to build three axis nc milling simulation system structure. established for the simulation of cnc milling and can improve the efficiency of storage and access of the blank model and tool model data structure. key words : cnc milling machine;machining simulation;opengl;vc+6.0 thesis : application research 目 录 i 目 录 1 绪论 . 1 1.1 课题研究的背景和意义. 1 1.1.1 课题研究的背景 . 1 1.1.2 课题研究的意义 . 2 1.2 国内外发展状况 . 2 1.2.1 国外发展状况 . 2 1.2.2 国内发展状况 . 3 1.3 课题的主要研究内容 . 3 1.4 本章小结. 3 2 数控加工仿真系统的总体设计. 5 2.1 系统功能预期 . 5 2.2 数控仿真的开发流程 . 5 2.3 数控仿真系统的总体构成 . 6 2.4 开发平台的建立 . 7 2.5 本章小结. 7 3 数控机床几何模型的建立 . 8 3.1 几何模型开发环境的技术 . 8 3.2 opengl 环境的三维图形变换 . 8 3.3 消隐 . 9 3.5 用 vc+6.0 实现 opengl 编程 . 9 3.5 坐标系的建立 . 12 3.6 数控仿真系统开发环境的实现 . 13 3.6.1 3ds 文件的解释 . 13 3.6.2 数控仿真系统环境的建立 . 14 3.7 3d 几何模型的建立 . 18 3.7.1 solidworks 几何模型 . 19 3.7.2 3dmax 几何模型 . 21 3.7.3 数控机床的显示 . 22 3.8 数控仿真系统模型的几何变换 . 22 3.9 数控仿真系统几何模型的读入 . 23 3.10 本章小结 . 24 目 录 ii 4 数控仿真 nc 编译系统的建立 . 25 4.1 nc 程序编译技术概述 . 25 4.2 nc 程序编译技术的发展状况 . 25 4.3 nc 程序编译器的目的 . 26 4.4 nc 编译器的总体结构 . 26 4.5 nc 程序中的指令代码 . 27 4.6 nc 程序的编译原理 . 28 4.7 nc 程序的编译方法 . 28 4.7.1 词法分析 . 28 4.7.2 语法分析 . 29 4.7.3 语义分析 . 29 4.8 本章小结. 29 5 数控加工仿真环境的建立 . 30 5.1 仿真环境的建立 . 30 5.1.1 系统设计总体结构. 30 5.2 算法的基本流程 . 31 5.3 刀具切削的布尔运算 . 31 5.4 刀具运动轨迹的表达方式 . 33 5.5 本章小结. 34 6 结论 . 35 6.1 结论 . 35 6.2 展望 . 35 致 谢 . 37 参考文献 . 38 附录39 1 绪论 1 1 绪论 根据调查显示，随着数控机床在我国制造业的广泛应用，我国将需要大量的数控操 作人员，可是现实数控机床加工中不可避免的会出现大量的问题。因此，如何减少数控 加工错误率将成为当下制造业的一个难点。传统上，数控加工是采用试切的方法来进行 数控程序的验证，以防止数控机床在生产中出现干涉，碰撞等现象的发生，但是此方法 试切成本过大 1。后来，经过数控机床设计人员和操作人员的共同努力，实现了 2 维图 形的轨迹现实法，但其运动仅限于平面，局限性也很大。由此，设计人员结合了计算机 仿真技术和图形显示技术实现了试切环境的模拟化，虚拟化；实现了在计算机上就能模 拟数控加工仿真过程，这就是数控加工仿真技术。它可以模拟数控加工的各种状态，并 对数控程序进行检验，发现其中的错误，所以数控加工仿真技术是数控机床普及化的重 要一环，是一个既减轻加工成本又可以反复验证使用的一个好方法。 1.1 课题研究的背景和意义 1.1.1 课题研究的背景 在现代的制造业中，数控技术标志着装备工业技术水平和机械现代化水平，是发展 新兴机械高端技术的最基础和最基本的装备 2。数控技术包含了微电子，计算机，信息 处理，自动检测，自动控制等高新技术于一体，具有高精度，高效率，柔性化，自动化 和集成化的特点， 在现代工业生产中起着非常重要的作用， 是当今制造业最核心的技术。 所以 2l 世纪的数控技术将是一个具有人工智能化的系统， 它包括数控系统中为增加 加工效率和加工质量智能化等的各个方面。数控机床作为一种高附加值的产品，它的产 生带来了制造业的一次革命性的变革。随着数控机床产量的逐年飞速增长，如何提高数 控机床的利用率、充分发挥数控机床的功能成为数控技术应用领域亟待解决的问题。目 前在我国制造业中存在着为数众多的具有丰富理论和实践经验的工艺技术人员， 但由于 数控机床本身及其对数控程序要求的特殊性，致使本应由工艺师编制的数控程序，在制 造企业中大多数是由数控机床操作人员编制、调试和试切的，这不仅占用数控机床大量 的加工时间，而且受工人技术水平的限制，使得数控机床的功能得不到充分发挥。即便 在某些具有专业编程工艺师的企业，由于数控编程时间和数控加工时间以及零件试切时 间和零件加工时间比值之大，也是导致我国数控机床开工率低的主要原因 3。有专家统 计，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比约为 30:1，这还不包括在机床上的试 切验证时间。据统计，数控机床不能开动的原因中有 20%30%的原因是数控加工程序 不能及时编制出来。 西安科技大学硕士学位论文 2 1.1.2 课题研究的意义 数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。国内的数控行业最近 发展的比较迅速，但是相对于发达国家还是有很大的距离，国家最近也不断提出发展数 控的口号，提倡数控应用化 4。 数控加工仿真是cam的重要组成部分，是cam到实际数控加工的检查环节，本课 题研究的数控仿真系统是真实数控机床在计算机上的精确、完整映射，具有和真实机床 完全一致的数控代码驱动功能。编程人员可以利用数控加工仿真软件来有效验证cam 生成的nc代码的有无过切，碰撞等干涉现象 5，对编制的数控程序进行仿真、查误、修 改、验证，保证nc代码的正确性。减少了加工过程中的试切时间，缩短了生产周期， 更加充分发挥数控机床的作用，提高了生产效率和产品质量，给企业带来更多的效益。 1.2 国内外发展状况 1.2.1 国外发展状况 国外数控系统的发展如下：最新的数控系统已经面向了个人电脑，利用电脑来实 现数控加工系统；驱动装置的发展是面向数字化的智能控制；数控机床要增强通信 功能和实现网络化 6。以下举例来说明国外发展状况： 国外在数控仿真方面已经进行了很深入的研究，比如法国达索公司的catia加工平 台产品，catia的机床仿真加工模拟可以达到四维空间；sdrc公司的ideasmasterseries 软件，它的附加cam部分ideascamand可以方便的进行机床运动仿真和刀具运动仿真；日 本的sony公司研制的fredam系统可以采用球头铣刀进行加工自由曲面的三维仿真， 并进 行碰撞检查和干涉检查；英国delcam公司的产品powermill，不仅提供五轴联动的实体 切削仿真过程，而且提供五轴联动加工机床动作仿真过程，动态仿真五轴加工过程机床 各轴各机构运动关系，仿真软件支持摆刀轴、双旋转工作台、摆刀轴与旋转工作台的组 组合。美国cgtcch公司开发的vericut数控仿真软件，不仅实现切削状态分析功能，还 增强了多轴仿真功能：还有法国delmia公司的vnc，cimco公司的cimcoedit等其它数控 仿真软件。此外，国外一些著名的cadcam软件(如：pro/e、ug、mastercam)也都具有 nc加工仿真的能力。以色列的cimatron数控仿真软件一直处于世界领先的地位，它也提 供了可视化的加工仿真模拟，使加工余量及其当前加工结果可以在屏幕上显示，并且使 用户可以检查加工过程的合理性与正确性；可以任意剖切旋转来观察加工的结果，还可 以进行定量分析、仿真校验、加工工时估算等；也可以手动单步检查生成的刀具轨迹。 著名软件ug的机床仿真模块unisim也具有完善的数控加工仿真能力。 但是这些软件大多价格昂贵，对硬件的要求也很高，而数控仿真也只是软件众多功 1 绪论 3 能中的一部分。并且这些软件在仿真加工过程中，只有刀具与毛坯的仿真，而不包含机 床运动仿真功能， 因此在软件上面仿真出来的程序在现实机床中操作时有的时候会产生 碰撞等错误 7。 1.2.2 国内发展状况 自1958年数控机床出现到现在，国内随着数控技术发展迅速，现在数控加工己成为 计算机辅助设计中重要的一部分。国内也有许多高校、科研机构在数控仿真方面开展了 研究工作，取得了一些成果。并在早期时候开发出了一些二维数控仿真软件系统，利用 二维动画图形仿真来进行nc程序加工过程。随着国内数控仿真技术研究的深入以及技术 水平的逐渐成熟，数控仿真也二维仿真转向真实感较好的三维仿真系统。1994年华中理 工大学和清华大学在国家高技术发展计划(863)cim主题支持下开发研制了可以由nc代 码驱动加工仿真的数控仿真器hmps；哈尔滨工业大学也在国防科工委“八五”的预研项 目柔性制造系统(fms)的支持下，开发出了数控加工三维动态图形仿真器ncmps；南京航 空航天大学开发了基于acis平台的superman cadcam 2000的车铣仿真模块，不仅实 现了基于精确扫描体构造的cuboid.array数控仿真验证算法， 而且还提出了基于实体的 数控三维图形仿真；四川大学开发了基于vrml的面向web的数控仿真系统，根据vrml的 仿真机制与造型机制，结合数控加工仿真系统的特点，提出了基于vrml的组件化建模思 想。大连铁道学院也研究开发了集加工质量仿真、加工过程仿真及几何仿真为一体的虚 拟数控车削加工环境，并针对车削加工建立了仿真系统。 目前，国内市场上也开发出了比较先进的数控仿真系统，如南京宇航自动化研究所 的yhcnc系列数控仿真软件，南京的斯沃仿真软件等，它们支持多种数控系统，具有 非常人性化的的用户界面和真实感。这些软件中都有特定有数的一些机床模型，对于单 位新型的机床都需要自己去进行三维建模，然后再导入进到软件中，进行使用 8。 1.3 课题的主要研究内容 本文的研究内容是设计一种基于vc+6.0和opengl实现的三轴立式数控铣床仿真系 统。在该系统下，设计软件并实现数控加工仿真功能。我们利用虚拟的计算机系统中仿 真完成现实的数控加工过程，所以对于学员来说，不仅在仿真环境下实现了数控的程序 调试和加工仿真，还可以从类似现实的加工中过程中观察学习。这样既可以避免因误操 作造成数控机床的损坏，又可以使操作人员在数控仿真系统中产生临场感和真实感。对 操作人员的技术提升有很大的帮助。 1.4 本章小结 本章结合我国数控机床产量快速增长，但数控机床程序不能及时编制出来的现状， 西安科技大学硕士学位论文 4 阐述了开发数控加工仿真系统的意义， 在介绍国内外数控加工仿真技术研究现状及发展 趋势的基础上，简要介绍了论文研究的主要内容。 2 数控加工仿真系统的总体设计 5 2 数控加工仿真系统的总体设计 数控加工仿真是研究数控机床加工过程在虚拟环境中的映射，集机械制造技术、数 控加工技术、计算机技术和虚拟现实技术于一体，在计算机上建立和真实机床完全一致 的虚拟加工环境，在数控机床进行实际加工之前，在虚拟环境中对零件的数控加工程序 进行检验，检查数控程序的正确性、合理性，对数控加工工艺的优劣做出评估与优化 9。 本章以三轴立式数控铣床为例，介绍数控加工仿真系统总体结构。 2.1 系统功能预期 数控仿真系统不但能够应用于企业的生产实际， 也可以缩短零件从设计到加工的时 间，并检验零件设计的正确性、工艺规程的有效性和数控程序的正确性，提高零件加工 的质量，减少制造成本。另外数控仿真系统还可以应用于学校的数控教学培训，满足数 控人才培训的要求 10。 2.2 数控仿真的开发流程 数控加工仿真是一门进行数控加工实验研究的综合性课题，对于数控仿真系统的开 发是一个系统工程，必须遵循一定的开发步骤或流程，最重要的是要实现数控仿真系统 的各项功能，所以，一个优秀的数控仿真系统应该包含以下几个功能要求： (1)满足仿真要求：综合或设计一个数控仿真系统。是为了实现数控加工预定的目 的，也就是说仿真系统具有目的性。因此，任何一个仿真系统最基本的要求就是能够实 现其基本的加工功能，因此对于我们的数控仿真系统，其基本加工功能包括了加工过程 的几何动态仿真、数控操作面板的模拟操作、加工过程中碰撞干涉的检验和报警等； (2)整体性：数控仿真系统具有整体性，它的各部分既相对独立，又是不可分割的。 所以对于整个仿真系统的设计是把它划分为几种功能模块进行设计，各模块之间相互联 系、相互作用。因此，各仿真模块之间的接口技术非常重要，它能够实现数控仿真系统 的整体化； (3)可靠性：它是利用实际系统的数学模型来仿真实验，因为实际系统与数学模型 总是存在着各种各样的差距，所以，如何将其差异控制在一定的范围内，这就是可靠性 问题。衡量仿真系统的一个重要指标就是可靠性。如果在仿真系统中，不能实现仿真效 果的可靠性，那么仿真系统的设计就是失败的。对于数控加工仿真系统，一定要实现仿 真的动态画面、仿真的图形与设计和干涉检验等的可靠性； (4)最优化：仿真是数控加工过程中的一个重要的问题，如果数控加工仿真建模和 其算法太过复杂、并且程序冗长，那么在有限的计算机资源下，势必影响系统仿真的速 西安科技大学硕士学位论文 6 度和效率。 因此， 必须进行数控仿真优化设计， 主要是要优化数控加工仿真建模和算法、 数据结构等来保证仿真系统的有效性； (5)软件的开放性：数控加工软件开放性就意味着软件可以实现系统的二次开发。 它可以修改系统和优化系统的性能，而不是一种封闭的、不可变动的系统。所以数控仿 真系统正朝着开发式数控仿真系统的方向发展， 所以其应具备可扩展性能够为后续的功 能升级和二次开发提供接口。 对于数控加工过程仿真系统的开发，其过程与其他仿真系统的开发具有大致的过 程，包括系统分析、总体构架、系统建模、程序编写、试验验证等一系列的步骤，其具 体的开发流程如图2.1所示。 图2.1仿真系统开发流程图 2.3 数控仿真系统的总体构成 (1)nc代码处理模块 系统分析 总体框架 系统建模 算法分析 程序设计 校验系统 系统运行 算法问题 建模问题 n n y 2 数控加工仿真系统的总体设计 7 首先，对数控代码进行预处理。它包括语法纠错、格式转换等，以此生成统一的代 码； (2)刀具模块 在数控仿真系统中建立刀具库，同时向用户提供刀具选择界面，库内保存常用的铣 刀工具，主要是平底铣刀，球头铣刀，圆鼻铣刀等； (3)毛坯模块 在数控仿真系统建立常用毛坯库，同时向用户提供毛坯选择界面，库内保存常用的 工料毛坯，对铣床加工而言，主要是板料； (4)动态仿真程序模块 数控仿真系统核心模块。根据用户输入(nc代码、刀具信息、毛坯信息)，生成动态 加工仿真效果，主要包括刀具轨迹仿真，碰撞干涉检测，工件加工仿真 11。 图2.2 数控仿真系统总体结构图 2.4 开发平台的建立 本数控仿真系统的平台是由 vc+6.0 和 opengl 建立的，vc+6.0 提供了 opengl 的 开发库， opengl 提供了 c 语言接口。 所以使用这两种软件能够较容易的实现数控仿真系 统的功能。 2.5 本章小结 本章在主要介绍了数控仿真系统特点和功能要求的基础上， 介绍了数控仿真系统的 开发流程， 研究了仿真系统的总体构成， 介绍了仿真系统的开发工具和开发平台的建立。 数控仿真系统 刀 具 参 数 模 块 毛 坯 参 数 模 块 nc 代 码 处 理 模 块 动 态 仿 真 模 块 西安科技大学硕士学位论文 8 3 数控机床几何模型的建立 建立数控机床几何模型， 就是在计算机上用一定结构的数据来表示数控机床各组成 部分的几何形状及拓扑信息。它包括机床、刀具、工件、夹具等的几何模型。所以数控 机床几何模型实际上是一种装配模型，是由装配单元（这里指机床零部件）按照一定的 约束关系装配在一起构成的机床整体模型 12。 本章主要讨论几何模型开发环境所使用的 技术，数控机床几何建模方法，数控仿真系统开发环境的实现及几何模型建立。 3.1 几何模型开发环境的技术 本章将以vc+6.0和opengl为工具，进行三轴铣数控仿真系统的开发。vc+6.0是微 软出的一套c/c+开发环境，在市场上有较高的使用率，是一个较为普及的软件，有着 较高的开发效率； opengl是近几年发展起来的一个性能卓越的三维计算机图形库软件接 口，包括大约250个函数(其中200个在opengl核心中，其他50个在opengl实用库中)，利 用这些函数，可以让编程人员不需要具有较深的数学知识，就能创建出高质量的三维图 形 13。 3.2 opengl 环境的三维图形变换 变换是图形制作和图形显示中的重要内容，opengl中的函数提供了丰富的图形变换 功能。根据变换的不同性质，opengl中的图形变换分为以下几类：模型变换，视点变换， 投影变换，视口变换 14。在本部分三维图形的显示采用的是视口变换，其流程图如图3.1 所示。 图 3.1 三维图形的显示流程图 世界坐标系中的三维 图形 三维几何变换 投影 三维剪裁 视口变换 屏幕坐标系中的图形 显示 3 数控机床几何模型的建立 9 3.3 消隐 在利用opengl建立的三维物体场景中，有一些物体可能会覆盖其它物体的某一部 分，即称为隐藏面的消隐 15。这种情况下，常用的方法是使用深度缓冲。深度缓冲的工 作原理是将近裁剪面的距离和窗口中的每个像素关联起来。首先使用参数gl_depth buffer_bit调用函数glclear()，将所有像素的深度值设置为远裁剪面。因此，它可以 被吸收到物体在场景里；如果深度缓存激活，在每一个新的像素画前，先将后来存储深 度与原像素存储深度比较，如果新的像素接近，将使用它的颜色和深度来取代原有的像 素，否则，新的像素被阻挡 16。因此可以使用深度缓存来去掉其颜色信息和深度信息， 这种操作只需做一次。每次绘制场景之前，必须首先清除深度缓存，然后按任意顺序绘 制场景中的物体 17。基本函数有： glenable(gl_depth test)；/激活深度检测 gldepthfunc(gl_lequal)；/设置深度检测方式 3.4 用 vc+6.0 实现 opengl 编程 opengl是一种软件开发库，它独立于目前的操作系统和窗口系统。所以opengl在进 行三维可视化仿真系统开发时，只需要选择一个开发工具来实现场景算法，数据结构和 图形界面即可。因此本文选择vc+6.0作为一个开发工具，它符合现代先进的软件设计 思想，是一种流行的windows应用软件开发平台 18。 下面是用vc+6.0编写opengl程序的基本步骤： (1)当一个单文档应用程序框架建立好后， 首先必须要添加头文件， 因此打开stdafx.h 文件，加入下列语句： #include“glglaux.h” #include“glglu.h” #include“glgl.h” (2)利用用鼠标点取“工程”菜单，添加静态库。具体步骤是：选取“设置”命令， 打开“project settings”对话框，选择“连接”，在“对象/库模块”中输入“opengl32.lib、 glu32.lib、glaux.lib”，中间用空格隔开即可。 (3)在给cmyview类添加precreatewindow函数时，可以使用vc+6.0自带的类向导 实现。由于opengl仅能在ws_clipchildren和ws_clipsiblings类型的窗口显视， 所以代码如下： bool cmyview:precreatewindow(createstruct /光照位置 glfloat light_ambient = 0.3, 0.0, 0.0, 0.0 ;/环绕光照 glfloat light_diffuse = 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f;/漫射光 glfloat light_specular = 0.0, 0.4, 0.4, 1.0 ;/反射光 gllightfv(gl_light0, gl_position, light_position); gllightfv(gl_light0, gl_ambient , light_ambient ); gllightfv(gl_light0, gl_diffuse , light_diffuse ); gllightfv(gl_light0, gl_specular, light_specular); glenable(gl_lighting); glenable(gl_light0); 设置好后的三轴铣数控仿真系统如图 3.19 所示。 图 3.19 三维数控铣床开发环境 3.10 本章小结 本章对数控仿真系统中对开发环境使用的技术，几何建模方法，数控仿真系统开发 环境的实现及几何模型的建立和导入作了较详细的分析和说明。以三轴立式数控铣床为 例，研究了数控加工仿真系统的总体结构和开发方法，利用solidworks建立了机床三维 模型，并经3dmax渲染后，用vc+6.0编程在opengl中建立了包含机床、夹具、刀具和毛 坯在内的三轴立式数控铣床的机械本体模型。 4 数控仿真控制系统的建立 25 4数控仿真 nc 编译系统的建立 数控程序是由一系列指令组成的。在数控加工过程中，数控程序是重要的文件，机 床的数控系统以此为依据来控制机床的各项运动，进而完成对零件的加工。数控仿真是 基于数控加工程序运行的。在加工过程中，能够动态地在屏幕上显示刀具加工时的运动 轨迹和切削过程，但是必须将数控程序指令的各种信息转化为计算机处理格式，才能使 计算机按照既定的方式进行运行。因此应该对数控程序进行分析，将数控程序中的仿真 有效成分提取出来，形成一个文件供应用程序调用。数控机床动态模拟的直接任务是检 查数控代码的正确性 25。 本章将简单介绍数控加工中nc程序的基本格式，同时根据仿真加工的要求，讨论 了本系统所采用的nc程序编译原理和方法。 4.1 nc 程序编译技术概述 nc 代码编译器是数控系统的三个核心组成部分之一，其主要功能就是将用户程 序，包括其中的轨迹信息、速度大小和辅助功能等信息，翻译为运动控制模块能够处理 的格式。编译过程通常要经过词法分析、语法分析、错误处理和解释执行，各个步骤中 的程序实现既相互独立，又形成串联过程。nc 编译器所完成的任务就是将加工代码转 换成底层运动控制模块所能识别的代码。 目前数控系统中对nc 代码的处理方法主要有两种，分别是逐行解释实现方法和编 译实现方法。前者是在逐行对代码进行解释的同时，根据对上一行代码的解释所得信息 进行加工处理，这种方法实现较简单，但顺序的控制方式会导致系统加工效率低下，程 序间的转接不易处理等问题。后者在应用编译程序对加工程序进行整体编译后，进行解 释执行，这种方法对程序处理整体性强、效率高，本系统中nc代码编译器就是采用此 法来实现。此外，还有时间重叠流水处理的解释控制方式等一些处理方法。 4.2 nc 程序编译技术的发展状况 目前，nc代码编泽器已有许多类型，按其使用范围的不同可分为以下几种： (1)专用nc代码编译器：只能对于专用的，单一的数控仿真系统进行数控代码编译 和提取数控加工过程的有效信息，但是它不能在其他数控仿真系统中使用。所以专用nc 代码编译器获取的数控加工程序信息比较全面。但是其适用性不高； (2)通用nc代码编译器：这种编译器可以对多种数控加工仿真系统应用，提取数控 代码的有效信息，通用性好。但各种数控代码程序存在的差异性，都可能会造成部分重 要信息的遗失随着数控仿真系统集成化在cad/cam的使用,通用nc代码编译器将逐渐成 西安科技大学硕士学位论文 26 为nc代码编译器的发展趋势； (3)介于专用与通用之间的nc代码编译器：这种数控加工代码编译器不但实现了专 用数控代码编译器的专一性，也实现了通用数控代码编译器广泛性的特点，它实质上兼 顾前两种编译器的优点。国外已经研发出较为实用的数控代码编译器技术，例如作为 mastercam的仿真部分nsee系统的代码编译程序， 实现了对包括fanuc系统在内的多种 数控系统的零件加工程序的处理。其编译运行速度快且编译效果好。nc代码编译系统通 用性、提高编译效率和翻译代码准确性等方面。 4.3 nc 程序编译器的目的 nc 程序编译器的目的是提取加工信息和刀具位置信息，并进行分析。然后获取刀 具运动轨迹，运动起止位置和机床加工状态 26。流程图如图 4.1 所示。 图 4.1 nc 代码编译目的 4.4 nc 编译器的总体结构 nc编译器的总体结构主要包括语法分析模块，词法分析模块和目标代码生成模块 组成，每一模块都有各自独立的功能，互不干扰 27。它的系统总体流程图如图4.2所示。 nc 代码 预处理 刀具文件 检错 零点文件 翻译 刀具轨迹 仿真 4 数控仿真控制系统的建立 27 图 4.2 系统总流程图 4.5 nc 程序中的指令代码 在数控仿真系统中加工零件的运动也和真实机床一样，需要使用程序指令方式事先 给予规定， 这类指令称为工艺指令 29。 它包括准备功能字(g 代码)， 辅助功能字(m 代码)， 进给功能字(f 代码)，主轴功能字(s 代码)，刀具功能字(t 代码)和刀具偏置字(d,h 代 码) 29。 开始 读入程序源代 读入一行代 词法分析 词法错误 语法分析 语法错误 加工信息存储 代码转换 目标代码 结束 显 示 并 记 录错误 显 示 并 记 录错误 西安科技大学硕士学位论文 28 4.6 nc 程序的编译原理 nc 代码的每一个程序段都可以单独的自成体系。编译时采用纵向式，依次是词法 分析，语法分析，语义分析，执行等几个阶段 30，nc 代码编译原理图如下图所示。