专利名称：数控系统图形辅助宏编程的设计方法
技术领域：
本发明涉及数控系统图形辅助设计，尤其是提出一种将图形编程和宏 程序编程相结合的新的设计方法，该方法可以作为用户在数控系统平台上 进行二次开发的手段。
背景技术：
数控编程指编程人员根据零件图样和工艺文件的要求，编制出可在数 控机床上运行以完成规定加工任务的一系列指令的过程。具体来说，数控 编程是由分析零件图样和工艺要求开始到程序检验合格为止的全部过程。数控编程的方法一般分为手工编程和自动编程两种。手工编程是指从 零件图样分析、工艺规程制定、数据计算、零件加工程序编写到程序校验 等各步骤主要由人工完成的编程过程。对于轮廓形状不是由简单的直线、 圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，数值计算相当繁瑣，工 作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程难以完成，因此目前已很 少使用。自动编程又称计算机编程，即由计算机自动地进行数值计算，编 写零件加工程序单。由计算机代替程序编制人员完成繁瑣的数值计算，既 减轻了劳动强度，缩短了编程时间，又减少了错误，提高了编程精度，从 而大大提高了编程效率， 一般来说自动编程多用于大批量、形状复杂的零 件加工。不管是手工编程还是自动编程，所产生的数控程序都应做到程序结构 清晰、语句规范、可读性好、可修改性强。特别是对于单件小批量数控生 产，可能随时需要在机床工控柜上对程序进行修改、调整，程序的可读性 和可修改性就显得格外重要，但是目前这种具有程序的可读性和可修改性 的设计方法还未见报道。而随着计算机技术的广泛应用，人们对数控编程提出了愈来愈高的要求， 这些要求包括对编程操作的简化、程序广泛的适应性以及编程的可视化。图形辅助编程作为一种人机对话式的编程方式，可使操作者轻松地使 用图形界面编制简单的程序。图形辅助编程是指使用人机交互设备，通过 人机对话方式将待加工零件的几何尺寸等数据输入计算机，并在显示屏幕 上显示出图形。然后，用户可指点出走刀路线或走刀方式，在屏幕上即可 显示出走刀轨迹。再输入切削参数、辅助功能等工艺信息，经计算机处理, 输出零件加工程控介质。也可将加工程序直接由计算机通过接口送入数控 系统。该方法不需要编制零件加工的源程序，用户接口友好，使用更加方 便、直观，易学易掌握。
一般意义上所讲的数控指令其实是指iso(国际标准化组织)代码指令， 即一个代码代表一个意义或刀具的一步运动，或代表一组意义或一组运动， 每个代码的功能是固定的，由系统生产厂家开发，使用者只能按照规定编 程。但有时候这些指令满足不了用户的需求。发明内容为了弥补固定代码指令的缺陷，本发明的目的是提供一种数控系统图 形辅助宏编程的设计方法，它把实现某种功能的一组指令像子程序一样预 先存入存储器中，用一个指令代表这个存储的功能，在程序中只要指定该 指令就能实现这个功能。宏程序是带变量的子程序，其中允许使用变量、 算术、逻辑运算以及条件转移等方法，与子程序相比，更容易编制相同加 工操作的通用程序，而且其变量编程的方式增加了应用对象的灵活性。为了实现上述目的，本发明的技术方案首先通过图形辅助编程形成 宏指令，然后对形成的宏指令进行译码处理，再进行数控加工程序处理。 其中宏指令是根据图形辅助编程提供的信息进行的参数组合，再通过用户对参数的输入，将图形辅助编程向宏程序调用的转化，形成宏指令；图形辅助编程向宏程序的转化的手段包括非模态、模态的选择，以及宏指令的具体形式；对形成的宏指令进行译码的方法是宏指令一经输出便可通过图形辅 助编程模块的解释模块接口进行语法分析，从而完成对程序的加工执行； 具体在数控系统解释器的语法分析阶段，每次读取一个程序段放在缓冲 区内，缓冲区包括一个指针，指向尚未处理部分的开始位置。多个分析函 数顺序处理该缓冲区内的数据，对程序段中包含的所有字母和数字进行分 析，函数完成各自的语法分析后自动移动该指针到正确的位置；在完成全 部语法分析后，所有的加工信息资料被转化成内部的信息格式存储在一个 数据结构中，以便后续数控加工程序使用；宏指令的译码处理详细步骤如下1. 从所形成宏指令调用的宏程序文件中读取当前指针所指的程序段， 根据其开始的字符串判断是否为宏语句，即判断程序段中是否包含宏控制 指令控制性关键词，以及是否包含宏调用指令的关键词；2. 若包含上述关键词，则进入到宏调用，根据具体情况分别宏语句的 分支进行相应的处理；3. 若该程序段不是宏语句，还要根据它是否处在模态调用中以及是否 为移动指令进行不同的处理。若只有一个模态调用，则每执行一次移动指 令，就调用一次指定的宏程序。若指定几个模态宏程序，每执行一次下一 个宏程序中的运动指令，就调用一次上一个宏程序；所述宏调用分为非模态调用和模态调用两种；图形辅助编程方法包括 对图形配置模块、信息配置模块、校验配置模块、帮助配置模块和宏程序 文件进行配置，生成相应的配置文件。 本发明使用户可以对数控系统进行一定的功能扩展，实际上是数控系 统对用户的开放，也可视为用户利用数控系统提供的工具，在数控系统的 平台上进行二次开发。从模块化加工的角度看，宏程序最具有模块化的思想和资质条件，编 程人员只需要提供零件几何信息和不同的数学模型即可完成相应的模块化 加工程序设计，应用时只需要把零件信息、加工参数等输入到相应模块的 调用语句中，就能使编程人员从繁瑣的、大量重复性的编程工作中解脱出 来，有种一劳永逸的效果。正确恰当地使用宏程序，可以极大地提高编程 效率，并扩展数控系统的功能。本发明优点如下1. 图形化设计。用户选择了合适的图形模板之后，通过人机对话的方 式，将加工程序中需要的零件几何尺寸送入计算机，在屏幕上画出零件图 形。如果待加工的零件图形已存在计算机内，调出显示在屏幕上即可。2. 可配置、可扩展。用户可根据自己的需要，修改现有的图形模板，甚至可以为常用操作或加工的工件组建自己的模板，从而定制各种类型的 零件。3. 容错性。输入待加工零件的尺寸后，可以进行合法性验证，检查各参数间是否满足一定的约東关系，并可以及时修改。4. 帮助文档的支持。系统提供待加工零件的详细帮助文档，以便用户 寻求帮助。
图l为本发明中图形辅助宏编程的实现方案图；图2为本发明中宏程序译码流程图；图3为本发明中图形辅助宏编程总体设计流程图；图4为本发明中图形辅助宏编程的图形用户界面。
具体实施方式
如图1所示，本发明设计方法首先，通过图形辅助编程形成对系统 配置的宏程序的调用(宏指令)，然后对形成的宏指令进行译码处理，再进 行数控加工程序处理；其中宏指令的形成根据图形辅助编程的配置系统提供的信息进行的参数 组合，再通过用户对参数的输入，将图形辅助编程向宏程序调用的转化， 形成宏指令；图形辅助编程是将用户的输入向宏程序调用指令进行转化的过程；图 形辅助编程向宏程序的转化的手段包括非模态、模态的选择，以及宏指令 的形成。具体的方法使用人机交互设备(键盘、鼠标等)，通过人机对话 (功能菜单、命令按钮等)方式，对零件图形进行选择以及显示，而后进 行零件参数的配置、显示以及实时的信息提示，再将待加工零件的几何尺 寸等工艺信息参数输入计算机，经合法性验证以及即时的修改之后，形成
指令代码，此时输出的指令即为宏程序调用指令(宏指令)。对形成的宏指令进行译码的方法宏指令一经输出便可通过图形辅助编程模块的解释模块接口进行语法分析，从而完成对程序的加工执行；具 体为在数控系统解释器的语法分析阶段，每次读取一个程序段放在缓冲区内，缓冲区包括一个指针，指向尚未处理部分的开始位置。多个分析函 数顺序处理该缓冲区内的数据，对程序段中包含的所有字母和数字进行分析，函数完成各自的语法分析后自动移动该指针到正确的位置；在完成全 部语法分析后，所有的加工信息资料被转化成内部的信息格式存储在一个 数据结构中，以便后续数控加工程序使用。如图2所示，本发明中宏程序的译码处理详细步骤如下1. 从所形成的宏程序文件中读取当前指针所指的程序段，根据其开始 的字符串判断是否为宏语句，即判断程序段中是否包含宏控制指令等控制 性关键词，以及是否包含宏调用指令的关键词。2. 若包含上述关键词，则进入到宏语句的处理分支，根据具体情况分 别进行相应的处理。如果是IF语句，首先计算IF后面表达式的值，并为其作标记。接下来 若读到THEN并且IF指定的表达式为真，则处理THEN后紧跟的程序段， 若表达式为假，则执行IF的下一个程序段；读到GOTO时，先将紧随其后 的数值读出，然后根据IF表达式的真假分别执行如下动作为真，跳转到 GOTO指示的程序段继续处理，否则执行IF的下一个程序段。如果是无条件转移GOTO语句，则直接跳转到GOTO指示的程序段处理。如果是WHILE语句，同样首先计算表达式的值并作标记。接下来检测 到WHILE后面的DO字符串，并将DO后面的数值读出。若表达式为真， 该数值作为本次循环的标识值。顺序往下执行整个循环体的内容，直到读 到END,读出其后的数值，若与本次循环的标识值相等，则结東本次循环， 否则继续往后执行，直到出现相匹配的END才结東本次循环。若表达式为 假，直接查找与本次循环匹配的END，并将程序指针指向END下面的程序 段。本系统中，WHILE循环最多可嵌套3层，标号可重复使用。由于宏程序的调用可以嵌套4级，每调用1次，局部变量级别加l，所 以如果是宏指令，首先初始化下一级的局部变量，然后依次读出要传递的 参数值，对相应的局部变量赋值，之后读出要调用的宏程序文件名，将指 针指向新打开的文件。如果宏程序中执行到宏程序返回指令M99,控制返回到调用的程序。 此时，局部变量级别减l,并恢复宏程序调用时保存的局部变量值。3. 若该程序段不是宏语句，还要根据它是否处在模态调用中以及是否 为移动指令进行不同的处理。若只有一个模态调用，则每执行一次移动指 令，就调用一次指定的宏程序。若指定几个模态宏程序，每执行一次下一
个宏程序中的运动指令，就调用一次上一个宏程序。 其中所述宏调用指令有两种1) 非模态调用G65 L <1> <自变量指定> P
2) 模态调用G66 L <1> <自变量指定> P
G67其中<1>为重复调用次数，默认值为1; 〈p〉为被调用的宏程序文件名； 自变量为传递到宏程序中的数据。两种调用方式的不同之处在于，非模态调用时，只有指定G65,地址P 指定的宏程序才被调用；而模态调用时，只要在G66和G67之间，每执 行一次移动指令，就调用一次指定的宏程序。G66和G67应成对使用。本发明所述图形辅助编程方法包括图形配置模块、信息配置模块、 校验配置模块、帮助配置模块和宏程序文件，其中所述图形配置模块提供几种加工方式，用户可以从屏幕上的列表(例 如车、铣、钻)中选择自己需要的操作。 一旦选定好操作，系统会显示一 系列图形模板。对于任意一个模板，系统除了给出其平面图，还显示其所 有的参数，并对它要执行的操作提供文字描述。由于各图形模板储存在数 控系统中，所以为方便图形的调出，需提供一个图形模板的整体结构文件， 其中给出图形详细的分类层次，本发明中的该文件取名为global.inf。所述信息配置模块针对每一个图形模板，给出各参数的输入方式及该参 数代表的含义。用户在选定了合适的操作后，可以在系统的提示下对各个参 数值进行填充。不同的参数值可使用户加工出同 一类型不同尺寸的零件。所述校验配置模块针对每一个图形配置模块所提供的模板，给出其所 有参数的相互约東关系，从而保证某个尺寸的零件是可以加工的，避免了 机床的误操作。所述帮助配置模块为每一个图形模板要执行的操作提供详细的文字描述。 所述宏程序文件给出零件加工程序，该程序严格地按照规定的数控语 言格式进行编写。由于五个模块同时为一种零件服务，为了方便起见，对于同一种零件, 各模块文件取同样的文件名，只在扩展名上加以区分。下面通过举例说明如何通过各配置模块进行图形辅助编程实现对数控系统功能扩展。1.全局配置文件如果用户提供的零件共有3种类型车(tok),铣(sverlo)和钻(freza), 车又分为粗车(pazn)和精车(pazp)两类，粗车下面又有几种类型，则 global.inf中depth=3，表示图形级别最深为3层；first—level, second—level,thirdjevd三个关键词分别给出了该层的图形模板名称。各名称之间用逗号相隔，较高层种类以"[]"加以封闭，在本发明中，该文件存放于配置目录 下。格式如下所示。depth=3first—level:tok，sverlo，frezasecond—level:[tok]000，pazn,pazp[sverlo]000，fgr，flc[freza]000，sca,sgcthird—level:[pazn]OOO,tgj,tgk2.图像配置文件包括两种列表中的小图标和零件的平面图。图标大小采用的是72x60 象素的图片，平面图采用的是432x230象素，两种文件都要放在编程人员 指定的位置。本发明中，图标存放于配置目录中相应的icons目录下，零件 图存放于相应的pictures下。系统可以识别jpg和bmp格式的图像文件。3 信息酉已置文件用来口给、出某类零件所有参数的输入方式和代表的含义。文件中，参数 之间以"[]"相隔，type引导参数的输入方式，info引导其代表的含义。如果参数x可以由用户随意输入，即通过文本框来接受其数值，它的 含义是the value of x axis ( X轴值).在inf文件中应这样填写[x]type=lineedit; info=the value of x axis.而如果参数s的取值较少且相对固定，如s只在0， 1， 2中取值，则s 可通过下拉列表取值，若它的含义是the magnification times (有效时间), 在信息配置文件文件中应这样填写[s]type=combobox ( 0, 1， 2); infey^the magnification times.通过信息配置文件的配置，加强了人机界面的操作友好性。4. 校验配置文件用来给出某类零件所有参数的相互约東关系。文件中，参数之间以"[]"相隔， 一个参数的各约東条件之间以"；"相隔。约束关系中可以出现大部分常用的数学函数，如abs、 sqrt、 exp、 ln、 sin、 cos、 asin、 acos等。假设对参数x的约束关系有这样两条，xX)，x〈abs(y)，在约東配置文件文件中应这样填写 [x]x>0;x<abs(y)5. 帮助配置文件帮助文件，对该加工工艺进行详细的描述。文件格式为文本格式，可 以通过帮助文件对用户进行友好的操作帮助提示，方便用户使用。
6.程序文件宏程序文件，用标准数控语言和宏语句编写。用来定义扩展功能的具 体实现。下面是一个多次啄转工艺的宏程序实现。(DRILL.prg)G98G21G90#2=#5023G0#24Y#25Z#18WHILE[# 18GT賜]D01 #1=[#18-#8]IF[#1GE#26] THEN G1Z#1F#9IF[#1LT#26] THEN G1Z#26F#9#18=#1END1G0Z#2M99图3给出图形辅助宏编程的总体设计流程图。首先给出几种加工方式， 从中选择要加工的零件，选中之后调出该零件的平面图，同时显示图中的 所有参数名称，用户可以为每个参数输入相应的数值。等到用户将需要的 参数值输入以后，由校验模块对各个参数的取值合法性进行检查。 一旦出 现不符合规则的情况，给出提示，并把焦点移动到非法的参数处，以方便 用户修改。直到所有的参数都满足了给定的规则，方可提交形成一条宏指 令。其中输入的参数值就是宏指令中要传递到宏程序的变量。图4为图形辅助宏编程的图形用户界面。在用户未选择任何图形模板 时，界面右侧显示的是各种图形模板列表，以方便用户选择。 一旦用户选 定了某一图形模板，系统会自动追加宏程序文件名到指令行的末尾，相当 于对模板的一次注册。同时，界面右侧调出该模板的平面图，图中标注各 参数，使用户对自己要加工的零件有一个直观的认识。界面左侧是根据配 置模块提供的信息进行的参数组合，其中参数名称可以修改，参数值也可 由用户输入，所有的修改都将动态体现在界面上方的指令行中。当光标在 各参数间移动时，界面下方会及时给出各参数代表的含义，从图形和文字 两个角度加深用户对参数的理解。改变参数的值，就可以实现同一种零件 不同尺寸的加工。由于宏程序调用分为非模态和模态两种，界面上因此提 供了选现对其进行选择，这种选择也直接写到宏指令中。当用户输入了自 己需要的所有参数值后，校验模块便可对其进行合法性检查了。此时，界 面下方显示的是检查过程中第一条得不到满足的规则。按任意键后，光标 会移动到不符合规则的参数处直接修改，体现出系统的容错性。完成校验过程后，系统便形成了一条复杂工艺过程的宏程序代码。实现了复杂工艺
过程编程交互式编程，用户只需要填入几个工艺参数，便完成了该工艺的 编程。本发明数控系统图形辅助宏编程的设计方法，结合了数控系统的图形 编程和宏程序编程两种编程方法，能充分发挥两种编程方法的优点-.a. 图形化设计。使用人机交互设备(键盘、鼠标等)，通过人机对话 (功能菜单、命令按钮等)方式，对零件图形进行选择以及显示，而后进行零件参数的配置、显示以及实时的信息提示，再将待加工零件的几何尺 寸等工艺信息参数输入计算机，经合法性验证以及即时的修改之后，形成 指令代码，此时输出的指令即为宏程序调用指令(宏指令)。宏指令一经输 出便可通过图形辅助编程模块的解释器接口进行语法分析，从而完成对程 序的加工执行。b. 图形辅助编程向宏程序的转化。包括非模态、模态的选择，以及宏 指令的具体形成方式。c. 可配置、可扩展。存储器中存放两种配置文件，可以对零件种类、 某一具体零件的参数等等分别进行配置，很好的扩展了系统功能。d. 帮助文档的支持。对每一种零件，给出具体的文字描述。
权利要求
1. 一种数控系统图形辅助宏编程的设计方法，其特征在于首先，通过图形辅助编程形成宏指令，然后对形成的宏指令进行译码处理，再进行数控加工程序处理。
2. 按权利要求l所述数控系统图形辅助宏编程的设计方法，其特征在 于其中宏指令是根据图形辅助编程提供的信息进行的参数组合，再通过 用户对参数的输入，将图形辅助编程向宏程序调用的转化，形成宏指令。
3. 按权利要求2所述数控系统图形辅助宏编程的设计方法，其特征在 于图形辅助编程向宏程序的转化的手段包括非模态、模态的选择，以及 宏指令的具体形式。
4. 按权利要求l所述数控系统图形辅助宏编程的设计方法，其特征在 于其中对形成的宏指令进行译码的方法是宏指令一经输出便可通过图 形辅助编程模块的解释模块接口进行语法分析，从而完成对程序的加工执 行；具体在数控系统解释器的语法分析阶段，每次读取一个程序段放在 缓冲区内，缓冲区包括一个指针，指向尚未处理部分的开始位置。多个分 析函数顺序处理该缓冲区内的数据，对程序段中包含的所有字母和数字进 行分析，函数完成各自的语法分析后自动移动该指针到正确的位置；在完 成全部语法分析后，所有的加工信息资料被转化成内部的信息格式存储在 一个数据结构中，以便后续数控加工程序使用。
5. 按权利要求4所述数控系统图形辅助宏编程的设计方法，其特征在 于宏指令的译码处理详细步骤如下1) 从所形成宏指令调用的宏程序文件中读取当前指针所指的程序段， 根据其开始的字符串判断是否为宏语句，即判断程序段中是否包含宏控制 指令控制性关键词，以及是否包含宏调用指令的关键词；2) 若包含上述关键词，则进入到宏调用，根据具体情况分别宏语句的 分支进行相应的处理；3) 若该程序段不是宏语句，还要根据它是否处在模态调用中以及是否 为移动指令进行不同的处理。若只有一个模态调用，则每执行一次移动指 令，就调用一次指定的宏程序。若指定几个模态宏程序，每执行一次下一 个宏程序中的运动指令，就调用一次上一个宏程序。
6. 按权利要求5所述数控系统图形辅助宏编程的设计方法，其特征在 于其中所述宏调用分为非模态调用和模态调用两种。
7. 按权利要求l所述数控系统图形辅助宏编程的设计方法，其特征在 于其中图形辅助编程方法包括对图形配置模块、信息配置模块、校验配 置模块、帮助配置模块和宏程序文件进行配置，生成相应的配置文件。
全文摘要
本发明公开一种数控系统图形辅助宏编程的设计方法，该方法将宏程序编程和图形编程相结合，首先通过图形辅助编程形成宏指令，然后对形成的宏指令进行译码，进行数控加工程序处理。数控系统可以通过图形辅助编程的配置系统实现对系统功能的扩充，使用者使用人机交互设备，通过人机对话方式将待加工零件的几何尺寸等数据输入计算机，经合法性验证后形成一条宏指令，宏指令经过译码过程，最后提供给数控加工程序使用，从而将两种方法加以结合。本发明在数控系统中的应用，不仅使编程更具体、直观，大大提高了编程效率，而且能方便地扩展系统功能，实现了数控加工程序的标准化和模块化。
文档编号G05B19/4093GK101211175SQ20061015581
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者吴文江, 杰 张, 品 王, 慧 高 申请人:中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司;沈阳高精数控技术有限公司