面向固高数控卡的G代码系统.pdf

模具技术2 0 0 9 N o 1 5 文耄编号：l l 一4 参3 4 ( 2 9 ) 0 王一0 0 5 0 莲 面向固高数控卡的G 代码系统 袜砺宗，兰刚，宋启盛，林森 ( 华东理工大学机械与动力工程学院，上海2 0 0 2 3 7 ) 摘 要：葶l j 用V C + + 为工兵，以开放式工业控制计算机和圈高数控卡为平台开发了 一套具有自主版权的数控系统。该系统包括G 代码解释、系统参数修改、G 代码编 辑、刀具参数设置争刀具补偿等功能。其中G 代码解释与挽行是重要组成部分之一， 分析了G 代码的组成及特点，自行设计G 代码的解释程序，并将解释完的程序加载到 固高卡缓冲区中，嶷现相应的动作。解释程序实现了对变量、表迭式及宏程序的识别， 解决了多奈程序连续不断的加载载圈高卡缓冲区，最后经过实例验证，该解释程序切 实可行。 关键词：数控；匿离数控卡；G 代码解释；V e + + 中图分类号：T G 6 5 9文献标识码：A A b s t r a c t ：An u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e mw i t hi n d e p e n d e n tc o p y r i g h tw a sd e v e l o p e du s i n gV i s u a l C + + b a s e do nt h ep l a t f o r mo fo p e ni n d u s t r i a lc o m p u t e ra n dG o o g o lN Cc a r d Gc o d ei n - t e r p r e t i n g ，s y s t e mp a r a m e t e rm o d i f i c a t i o n ，Gc o d ee d i t i n g ，t o o lp a r a m e t e rs e t t i n g ，t o o l c o m p e n s a t i o n ，e t c w e r ei n c l u d e di nt h es y s t e m I n t e r p r e t i n ga n di m p l e m e n t a t i o no fGc o d e i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r t s T h ec o m p o s i t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h eGc o d ew e r e a n a l y z e d 。T h eGc o d ei n t e r p r e t i n gp r o g r a mw a sd e v e l o p e di n d e p e n d e n t l y T h ei n t e r p r e t e d p r o g r a mw a sl o a d e di n t ot h eb u f f e ro fG o o g o lc a r dt oe x e c u t i n gc o r r e s p o n d i n go p e r a t i o n s T h ei n t e r p r e t i n gp r o g r a mh a sr e a l i z e dr e c o g n i t i o no fv a r i a b l e s ，e x p r e s s i o n sa n dm a c r op r o g r a m sa n dh a sr e s o l v e dt h ep r o b l e mo fc o n t i n u o u s l yl o a d i n go fm u l t i p l ep r o g r a m s T h ei n t e r p r e t i n gp r o g r a mh a sb e e np r o v e df e a s i b l et h r o u g he x a m p l ev e r i f i c a t i o n K e y w o r d s ：N C ；G o o g o lN Cc a r d ；Gc o d ei n t e r p r e t i n g ；V C + + 0 引言 随着制造业的迅速发展，过去少品种大批 量模式舞始惫多品种申撤量或多品种小批爨生 产模式转换，数控机床能够适用这种生产模式， 所以它已成为主要发展方向。纵观国内数控制 造业，形势不餐乐观，复杂数控系统主要依羧遴 收稿日期：2 0 0 8 0 9 - 0 2 作者蕊余：林砺宗( 1 9 6 1 一) ，勇，教授。 踊，2 0 0 7 年进口的数控系统高达4 。8 万套，同时 阑露童主开发的数控系统稷少，统计表暖，冒志 所开发系统其核心的数控系统9 0 需要外国 进口 1 。瞩内数控系统有华中数控、航天数控 等，国井的有S I E M E N S 、F U N U C 、N U M 等，与 阑外的相比，国内的精度、稳定性、操作性、开放 性有很大的不足，但阐外的价格昂贵，为满是中 万方数据 6D i ea n dM o u l dT e c h n o l o g yN o l 。2 0 0 9 小企业需求，自主开发低成本的数控系统刻不 容缓。 磐随计算橇鹃发展，N C 嵌入p C 结构懿开 放式C N C 系统应运而生，使开发低成本的数控 系统有了希望，它是以软件技术的研究和开发 俸力主体，辅之以智能运动控裁卡的开发制造， 主要硬件设备采用市场流行的工业P C 机和多 轴运动控制器。这种系统的特点是灵活性好、 功能稳定、可共事计算机的所有资源，是当前最 为理想的开放式C N C 系统 2 J 。本解释程序蒯 最V C q - q - 为工其，并发了套G 代码解释执行 程序，并在以固满运动控制卡嵌入工业P C 的硬 件系统上得以验证。 1系统组成 1 1 硬件组成 硬件主要包援；工业控制计算机、G E 系列 匿高数控卡、驱动器帮运动平台，硬件组戒如潦 1 所示。采用的是上下位机通信模式，工业控制 计算枧有着丰富的资源。鼷离数控枣作先上位 视管理入视界面交互及控制信号的实时监控， 如控制指令的输入，系统状态的显示等；固高数 控卡作为下位橇控裁运动控铡酶信患，包摇运 动起停，速度的摭制，输入输出的信号控制 3 | 。 圉1 硬件缀戚 固高数控卡选用G E 一4 0 0 - S G - P C I G 型，该 卡是基于P C I 总线的D S P 高性能运动控制器， 输窦的是髂狰量，麓同时控割4 个轴，实褒4 辘 协调复杂运动。该卡采用高速D S P 处理器，在 用于实现数据量犬、计算复杂、实时性高的信号 处理任务对，与一般微处理器穗比，其速度受 快、效率更高。同时，数控卡有专用( 原点和限 位) 和通用输入输出通道，方便了系统设计。 1 2 软件介绍 数控系统包含：程序、输入输粥设备、C N C 装置及主轴和进给驱动装置组成。译码是数控 系统的重要部分之一，对G 代码进行译码主要 有2 耪 4 ：编译纛解释。编译将要加工零l 警的 N C 程序一次性编译完，将其他处理任务，如刀 具偏置计算、速度前瞻处理等也一次性全部完 戒，势将结果教人凌存缓；孛区孛，编泽系统速度 快假结构复杂，占很大内存。解释是边处理，边 执行，这种方法系统速度慢但结构简单。数控 系统是对实时性要求稷高的系统，但实时性主 要表现在插补和位置控制上，译码并不要求很 快的速度，考虑烈锯释程序能够满足需要并且 结构简单，本系统采用躲释对程序译码。 1 2 1解释的对象和功能 本麓释程序酶对象褥向标准熬G 代码，解 释的对象是地址符和数字，同时叉自定义了一 部分代码，程序段号符号N 和变爨D 。 数控系统中，薅释作为一个独立模块存在， 输入的是N C 代码加工程序，输出的是能够识 别的包括刀补等各种信息的数据流，解释燕要 包括以下功巍： ( 1 ) 语法、词法检查语法、词法分析的功 麓是跌G 代码程序文件皆读取数据并判断是否 符合要求，若是有错误，提示错误所在行，判断 项目如下。格式检查：地址符后是否是数字，同 一魂蛙符在一条语句中不麓重复穗现；缝垃符 检查：判断地址符是否存在，后面的数字是否符 合要求；安全检查：判断主轴转速，各轴行程是 否越界。 ( 2 ) 变量表达式的识别、子程序的调用宏 程序和子程序都能方便用户编程。宏程序特点 是岔有变量和表达式嘲，实现复杂图形的加工， 程序解释要识别这些代码，实现加工。子程序 解释的关键是要确定程窿扶哪里开始执行。 2 数控程序解释的设计与执行 万方数据 模具技术2 0 0 9 N o 1 7 2 1 解释程序的设计 本系统解释程序的基本结构是将要识别存 储的变量建立一个C N C C o d e C l a s s 类，类中包括 存储G 、M ，半径等变量，读取G 代码程序时一 行一行的读取，然后整行识别，动态建立一个 C N C C o d e C l a s s 类指针p C o d e 6 ，经过读取解释 后将p C o d e 指向各个变量对应存储在C O b A r r a y 类数组内。 具体的解释过程如下： ( 1 ) 读入一行程序，取出每个字符和数值， 与标准的地址符比较，然后根据地址符的特性， 将数值与预先定义好的数值进行比较，看是否 超出范围，若出现错误，指出错误所在的行。错 误检查的判断流程如图2 所示。 圈2 错误检查流程图 图3 程序解释漉程圈 ( 2 ) 若无错误，将p C o d e 所指有效变量分别 存储在对象数组中相应的变量中。出现调用子 程序，找到子程序所在的位置，逐行识别代码， 存储在数组中，当调用完子程序后程序又回到 调用的位置，继续解释下面代码，这样，数组中 存储的就是加工时的实际顺序代码。流程图如 图3 所示。 2 2 解释程序的执行 程序解释完后将程序加载到固高卡缓冲区 中，来执行相应的动作，下面一段程序将直线和 圆弧加载到缓冲区： r t n = G T _ S t r t L i s t ( ) ； r t n = G T M v X Y Z ( 0 ，0 ，0 ，1 0 ，0 0 1 ) ； G T L n X Y Z ( 1 0 ，1 0 ，O ) ； G T A r c X Y P ( 0 ，2 0 ，1 0 ，- 1 ) ； G T E n d L i s t ( ) ； G T S t r t M t n ( ) ； 其中，G T _ L n X Y Z ( x ，Y ，z ) 命令是走空间直 线，G T A r c X Y P ( z ，Y ，r ，d i r e c t i o n ) 命令是走圆 弧，其中参数，- 有正负，正值表示劣弧，负值表 示优弧。在绘制圆弧时，由于只给出了起始点 和终点的坐标，顺逆时针旋转，根据这些条件不 能判断出是优弧还是劣弧，因此需要判断。如 图4 、图5 所示，从B 点到D 点的圆弧，根据向 量积的方向判断优劣弧 7 ，B 、D 分别是起始点， A 、C 是圆心。 圈4 逆时针旋转图5 顺时针旋转 ( 1 ) 逆时针旋转如图4 所示，假设在x y 平面上运动。根据笛卡尔坐标系判断出z 的正 方向为垂直x y 平面向外。构造矢量B A ，B C ，分 别是优弧、劣弧圆心到起点的矢量，现判断： l B A X B D I O ( 1 ) I B C X B D l 0 。( 2 ) 式的向量积与2 轴正方向 相反，所以，I B C B D 0 ，I B C B D l 0 时，令户= 一1 ，I B C X B D l o ，令P = 1 ，然后添加到圆弧命令中G T A r c X y P ( z ，Y ，P * Ir I ，d i r e c t i o n ) ，便可确定优 劣弧。 ( 2 ) 顺时针旋转 如图5 所示，假设在x y 平面上运动。根据笛卡尔坐标系判断出2 的正 方向为垂直x y 平面向外。构造矢量B A ，B C ，分 别是优弧、劣弧圆心到起点的矢量，现判断： l B A B D I 0( 4 ) 式( 3 ) 的向量积与z 轴正方向相反，所以， f B A X B D 0 。 同理：y z ，o T Z 平面的情况与上面相同，得 出：顺时针旋转时，I B A X B D I 0 ，因此，I B A X B D I o ，令P = 1 ，然后添加到圆弧命令中G T A r c X y P ( z ，Y ，P * Ir l ，d i r e c t i o n ) ，便可确定优 劣弧。 3应用实例 为了验证本方法可行，编写了椭圆的加工 程序 8 ，用V C 6 0 编写相应程序并在三轴数控 台测试其正确性，数控程序中包括了表达式、子 程序、宏程序。程序中D * 表示变量，P 表示调 用子程序。程序代码如图6 所示，画出的图形 如图7 所示。 当前文件：有宏程序台勺椭圆加工程序t i t o 有宏程序的椭圆加工程序 o O O O l D 2 - 8 ： D 3 _ t 5 ： G O O X 0 j l D ： 睁8P o 2 ： G O O X 日Z l O ： M 0 2 ： P 0 2 w H I m 【D 卑墟6 魍】 D 5 = D 2 。c o s I D 4 1 ； D 6 = D 3 S I N 【D 4 】； D 斗- D 啐+ o 0 0 1 ： GOlX D S Z D 6 ： E N D 啪 图6 宏程序椭圆加工程序 4结论 图7 实验结果 本文分析了G 代码的组成、格式和特点，提 出了解释G 代码的方法，通过在以P C + 固高卡 核