數(shù)控代碼的編譯方法研究

雷立群，王戩

(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械與土木工程學(xué)院，吉林吉林 132101)

開放式數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主流方向［1］，基于PC 的全軟件數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)開放式數(shù)控系統(tǒng)的最理想方法。在全軟件數(shù)控系統(tǒng)中，采用何種數(shù)控代碼編譯方法將會(huì)影響到數(shù)控加工控制過程的加工速度和加工精度。通過對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)編譯方法的分析，提出了采用程序地址計(jì)數(shù)器式的讀入緩存和翻譯指令的方式對(duì)數(shù)控代碼進(jìn)行翻譯。將該種翻譯代碼的方法應(yīng)用到自主設(shè)計(jì)的數(shù)控系統(tǒng)中，證明了該種方法是有效可行的。

1 傳統(tǒng)數(shù)控代碼的翻譯方法

傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控代碼的翻譯上，主要采取以下兩種方法:

(1)對(duì)數(shù)控代碼進(jìn)行逐條編譯、插補(bǔ)和位置控制［2］

這是一種較為傳統(tǒng)的編譯方式，數(shù)控系統(tǒng)在插補(bǔ)中斷周期到來之前預(yù)先對(duì)下一條數(shù)控代碼進(jìn)行翻譯，等上一條指令的插補(bǔ)結(jié)束時(shí)，就將預(yù)先翻譯好的指令讀入插補(bǔ)程序中進(jìn)行插補(bǔ)?？刂葡到y(tǒng)對(duì)數(shù)控指令進(jìn)行逐條的翻譯、插補(bǔ)。采用這種方法的好處就是，數(shù)控系統(tǒng)不需要很大的內(nèi)存空間來存儲(chǔ)數(shù)控代碼。但其缺點(diǎn)也是顯而易見的，系統(tǒng)在控制過程中要嚴(yán)格按照順序進(jìn)行，如果某條數(shù)控代碼的插補(bǔ)很快就結(jié)束了，而下一條數(shù)控代碼的翻譯又很慢，就會(huì)出現(xiàn)加工過程中的等待或停頓現(xiàn)象，不但影響了加工速度，而且使加工零件表面粗糙度大，降低加工質(zhì)量。

(2)將數(shù)控代碼全部編譯完成之后再進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算和位置控制［3］

這種加工方法一般是在插補(bǔ)開始之前，讀入所有數(shù)控代碼后，將所有數(shù)控代碼全部翻譯，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)區(qū)中。當(dāng)插補(bǔ)開始之后，就可以直接從存儲(chǔ)區(qū)中讀出編譯好的數(shù)控代碼，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。采用這種編譯方法避免了按順序邊翻譯代碼邊插補(bǔ)控制的弊端，剔除了插補(bǔ)控制時(shí)間與翻譯數(shù)控代碼所用時(shí)間之間的矛盾，并且可以有效提高加工控制的速度。但是采用這種編譯方法也有其不容易克服的缺點(diǎn):當(dāng)需要加工的數(shù)控源文件的程序量很大時(shí)，就需要有更大的內(nèi)存空間來存儲(chǔ)翻譯好的數(shù)控代碼，而PC 機(jī)的內(nèi)存是非常珍貴的，這將使數(shù)控源文件程序量很大的數(shù)控加工受到限制。

以上兩種方式是傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)中經(jīng)常采用的編譯方式。這兩種方法均有各自的優(yōu)點(diǎn)，也有其不可克服的缺點(diǎn)。因此，有必要在對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)編譯數(shù)控文件的方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控文件的編譯方法進(jìn)行改進(jìn)，以克服傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)在翻譯數(shù)控代碼方式中存在的弊端。

2 數(shù)控代碼的編譯方式

數(shù)控系統(tǒng)在加工過程中對(duì)數(shù)控代碼的翻譯過程是這樣的:首先，在內(nèi)存中定義一段存儲(chǔ)空間，在進(jìn)行實(shí)時(shí)控制之前先翻譯n 條數(shù)控代碼(如n=10)，并按順序?qū)⑵浯嫒脒@段內(nèi)存空間中;存儲(chǔ)完這n 條翻譯好的數(shù)控代碼后，啟動(dòng)實(shí)時(shí)插補(bǔ)運(yùn)算過程，插補(bǔ)程序按順序從這段內(nèi)存中讀取控制指令進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，并用一個(gè)標(biāo)志位fnum＞0 標(biāo)記下內(nèi)存中的數(shù)控代碼不足于n 條。同時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)在每個(gè)插補(bǔ)周期結(jié)束時(shí)，都會(huì)判斷這個(gè)標(biāo)志位，若fnum＞0 (表示已經(jīng)取出fnum條數(shù)控代碼)，說明內(nèi)存空間的數(shù)控代碼不足于n 條，則繼續(xù)翻譯下一條數(shù)控代碼，并按順序存入內(nèi)存空間。流程圖1 具體說明了該系統(tǒng)對(duì)數(shù)控代碼的翻譯過程。

圖1 數(shù)控代碼的編譯過程

采用這種方法不但可以避免加工過程中因嚴(yán)格按照先翻譯數(shù)控代碼后進(jìn)行實(shí)時(shí)插補(bǔ)運(yùn)算的順序而造成加工過程中的等待以及加工工件的表面光滑度降低等問題，同時(shí)也解決了存儲(chǔ)空間給加工控制過程帶來的限制。可以說該數(shù)控系統(tǒng)采用的數(shù)控代碼的翻譯方式是在將前面兩種傳統(tǒng)加工方式巧妙結(jié)合的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。在加工開始之前先將一部分?jǐn)?shù)控代碼翻譯完成并讀入內(nèi)存，實(shí)時(shí)加工開始后數(shù)控代碼的翻譯過程與插補(bǔ)過程完全獨(dú)立，只要內(nèi)存不滿翻譯過程就可以在插補(bǔ)周期結(jié)束時(shí)連續(xù)進(jìn)行，而不需要按照某一順序去進(jìn)行。

3 數(shù)控代碼的存取

數(shù)控代碼的存放與數(shù)控加工中采用的數(shù)控代碼的翻譯方法以及插補(bǔ)運(yùn)算方法有關(guān)，什么樣的翻譯方法和插補(bǔ)運(yùn)算方法有什么樣的數(shù)控代碼存儲(chǔ)方式。文中用下面的結(jié)構(gòu)體存放一條翻譯完成的數(shù)控代碼。

在內(nèi)存空間中以數(shù)組的形式定義一個(gè)存儲(chǔ)空間:DATA datanum［10］，在插補(bǔ)運(yùn)算開始之前先按順序逐條翻譯并存儲(chǔ)n=10 條數(shù)控代碼，然后啟動(dòng)實(shí)時(shí)插補(bǔ)運(yùn)算過程。具體過程可用下面的圖2 表示，流程圖2(a)、(b)、(c)表示了加工過程中數(shù)控代碼的存取過程。

圖2 加工過程中數(shù)控代碼的存取過程

從圖2 可以看到:數(shù)控代碼的讀取和存入是兩個(gè)并行的、獨(dú)立的過程。在實(shí)時(shí)插補(bǔ)過程中從內(nèi)存中讀取一條數(shù)控代碼，當(dāng)插補(bǔ)周期結(jié)束時(shí)判斷內(nèi)存是否有空余位置，如果有，則繼續(xù)讀取下面的數(shù)控文件內(nèi)容存入內(nèi)存空間。

4 數(shù)控加工應(yīng)用測(cè)試

將這種用程序地址計(jì)數(shù)器式的讀入緩存和翻譯指令的編譯方法應(yīng)用到自行設(shè)計(jì)的數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)證明這種方法完全可以保證指令翻譯的連續(xù)性，并且有效節(jié)省了程序的存儲(chǔ)空間。圖3 是采用該種編譯方法的數(shù)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)顯示。

圖3 數(shù)控加工狀態(tài)顯示

5 結(jié)論

通過對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)編譯方法的分析，提出了采用程序地址計(jì)數(shù)器式的讀入緩存和翻譯指令的編譯方法，該方法可以有效節(jié)約程序存儲(chǔ)空間，文中給出了該種方法的具體實(shí)現(xiàn)過程，并將該方法應(yīng)用到自行設(shè)計(jì)開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)踐證明文中所提出的方法是有效可行的。

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