數(shù)控程序輔助編輯器在數(shù)控加工編程教學(xué)中的應(yīng)用

陳強(qiáng) 楊爽

摘要：針對(duì)手工編制數(shù)控程序教學(xué)過程中，學(xué)生易在關(guān)鍵字詞法、參數(shù)使用等方面犯錯(cuò)的實(shí)際情況，我們開發(fā)了一套教學(xué)輔助編輯器。編輯器能在編程時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)詞法分析，顯示報(bào)警語句，約束學(xué)生規(guī)范書寫格式，加深對(duì)關(guān)鍵字的理解，有利于學(xué)生課外獨(dú)立練習(xí)，達(dá)到提升教學(xué)效果的目的。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工編程 編輯器 教學(xué)

手工編制數(shù)控加工程序是數(shù)控技術(shù)專業(yè)學(xué)生必須掌握的核心技能，一般采用項(xiàng)目化教學(xué)，通常由教師宣講數(shù)控系統(tǒng)編程規(guī)則、常用程序代碼，然后指導(dǎo)學(xué)生規(guī)劃加工工藝，進(jìn)行程序?qū)崿F(xiàn)，最后帶領(lǐng)學(xué)生仿真驗(yàn)證、試切、真實(shí)加工。項(xiàng)目化教學(xué)由于案例真實(shí)，能引起學(xué)生的興趣，知識(shí)點(diǎn)模塊化，能幫助學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)，但是在操作過程中，仍存在如下問題，影響教學(xué)效率和質(zhì)量。

一是學(xué)習(xí)初期，或因?qū)Υa撰寫規(guī)則不熟，或輸入筆誤，學(xué)生常犯詞法錯(cuò)誤，如循環(huán)指令“WHILE”，漏寫字母;指令“GO（0、1、2之0）”，誤輸入為“GO（0、P、Q之O）”。二是常犯語法錯(cuò)誤，如法拉克系統(tǒng)程序開頭漏寫程序號(hào)，結(jié)尾漏寫百分號(hào)。三是常犯語義錯(cuò)誤，如不同平面的圓弧指令，亂用、混用I、J、K、R參數(shù);不同的數(shù)控系統(tǒng)，混用特定指令等。四是學(xué)生易犯工藝錯(cuò)誤，如使用了不合適的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等等。

上述問題往往只有在使用仿真軟件驗(yàn)證或上機(jī)調(diào)試時(shí)才能發(fā)現(xiàn)。而仿真和上機(jī)調(diào)試，雖有報(bào)警，但有時(shí)報(bào)警內(nèi)容過于簡略，加上漢化翻譯原因，字面意思與原文本意相差甚遠(yuǎn)，使得初始階段的學(xué)生不能理解問題之所在。而且報(bào)警提示經(jīng)常不能定位到具體哪段程序存在問題，進(jìn)一步加大了排除難度。如頻繁查閱相關(guān)資料，則大量時(shí)間被用于程序譯讀、詞法、語法核查上，學(xué)生不能將更多的精力用于鍛煉工藝規(guī)劃能力;花費(fèi)大量精力編制的程序，如頻頻報(bào)警，也打擊了學(xué)生興趣。而且參數(shù)誤用易產(chǎn)生安全隱患，導(dǎo)致事故。過多精力被用于幫助學(xué)生解決上述問題，也不利于教師更關(guān)注于提升教學(xué)質(zhì)量。

目前市場(chǎng)上雖有面向企業(yè)用戶的商用類編輯器，能對(duì)詞法、語法問題用顏色標(biāo)示，但不能針對(duì)學(xué)生群體情況，對(duì)各種問題分門別類地報(bào)警提示，無法提升學(xué)生的程序編輯能力。且在學(xué)校時(shí)，手工編程時(shí)普遍使用的還是文本編輯器。

一、數(shù)控程序輔助編輯器設(shè)計(jì)

1.編輯器功能

針對(duì)上述問題，以法拉克數(shù)控系統(tǒng)銑削為模板，開發(fā)了一套數(shù)控程序輔助編輯器，其功能目標(biāo)為：識(shí)別常用關(guān)鍵字詞法規(guī)則，對(duì)輸入數(shù)據(jù)不符合規(guī)則情況，即報(bào)出對(duì)應(yīng)警示信息;在滿足詞法規(guī)則的前提下，能判斷輸入數(shù)據(jù)是否處于合理范圍;同時(shí)，編輯器具備定制、擴(kuò)展能力，為兼顧更多類型數(shù)控系統(tǒng)預(yù)留接口。編輯器詳細(xì)功能如下。

（1）數(shù)字機(jī)能A-Z。字母后可跟任意有理數(shù)，如XIO、X-10.2，可跟參數(shù)，如X#10。當(dāng)不是上述數(shù)據(jù)時(shí)，立即報(bào)警提示。數(shù)字可設(shè)定區(qū)間范圍，超范圍報(bào)警。如設(shè)定X軸移動(dòng)范圍為-200～200，如輸入“X200.1”，報(bào)警。設(shè)定“#”參數(shù)#300～#400可用，輸入“X#401”時(shí)，報(bào)警。

（2）準(zhǔn)備機(jī)能G。字母后可跟00～99中任一數(shù)字，首個(gè)數(shù)字“0”可省略，如GO、GOO、GOI、G1。可跟正分?jǐn)?shù)，如G10.1、G54.1?？筛鷧?shù)，如G#10。不是上述數(shù)據(jù)時(shí)，即報(bào)警提示?？芍贫ㄖ付C(jī)床G代碼清單，輸入代碼不在清單內(nèi)即報(bào)警。如A機(jī)床識(shí)別G20，但B機(jī)床不識(shí)別，則可針對(duì)A機(jī)床和B機(jī)床定制G代碼清單?！?”參數(shù)可定制范圍。

（3）輔助機(jī)能M。字母后可跟00～99中任一數(shù)字，首個(gè)數(shù)字“0”可省略，如MO、MOO、M98?？筛鷧?shù)，如M#10?？芍贫ㄖ付C(jī)床M代碼清單，輸入代碼不在清單內(nèi)即報(bào)警?！?”參數(shù)可定制范圍。

（4）主軸機(jī)能S。進(jìn)給機(jī)能F：S字母后可跟零和正整數(shù)，如S10、S1000。F字母后可跟零和正整數(shù)、正分?jǐn)?shù)，如F100、F100.5。可跟參數(shù)，如S#10，F(xiàn)#100。數(shù)字可設(shè)定區(qū)間范圍，超范圍報(bào)警。如設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速不能超過3000，當(dāng)檢輸入“S3001”時(shí)，報(bào)警?！?”參數(shù)亦可設(shè)定范圍?？稍O(shè)定主軸S和進(jìn)給F之間的比例關(guān)系，超比例報(bào)警提示。

（5）語義分析功能。可檢測(cè)固定循環(huán)代碼所需參數(shù)是否齊全或多余?？蓹z測(cè)刀具號(hào)、長度補(bǔ)償號(hào)、半徑補(bǔ)償號(hào)是否在設(shè)定范圍，防止誤用。

2.編輯器構(gòu)架思路

根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)要求歸納常用關(guān)鍵字書寫規(guī)則，形成詞法規(guī)則庫。編輯器運(yùn)行時(shí)，首先讀取規(guī)則庫，存入緩存?zhèn)溆?。詞法規(guī)則庫可根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)單獨(dú)定制，使編輯器具備一定的兼容能力。

當(dāng)編輯器輸入頁面接收到字符輸入信號(hào)時(shí)，即在規(guī)則庫中搜索，判斷該字符是否為數(shù)控系統(tǒng)具備的關(guān)鍵字首字符。如為否，則在信息欄彈出報(bào)警提示信息。如為是，則輸入界面每接收到一個(gè)輸入字符，便在規(guī)則庫中檢索數(shù)字、公式規(guī)則，判斷是否滿足規(guī)范，并依規(guī)彈出報(bào)警信息，直至鍵入另一個(gè)關(guān)鍵字首字符或空格，結(jié)束判斷。如此循環(huán)直至整個(gè)數(shù)控代碼撰寫完畢。

3.編輯器實(shí)現(xiàn)

編程平臺(tái)使用VS2015，新建為多文檔項(xiàng)目，可創(chuàng)建出輸入界面，由輸入界面接受鍵盤鍵入字符信息。添加對(duì)話框作為報(bào)警信息欄，與用戶進(jìn)行信息交互。使用CView類中OnChar函數(shù)，響應(yīng)鍵入字符行為，并開始詞法分析。

二、編輯器應(yīng)用和使用效果

1.編輯器應(yīng)用

編輯器可用于“數(shù)控機(jī)床編程與操作”類課程的全過程教學(xué)階段，尤其是在初始階段使用，更能發(fā)揮作用。應(yīng)用可分以下幾個(gè)步驟。

教學(xué)準(zhǔn)備：教師針對(duì)特定機(jī)床定制編輯器規(guī)則庫。

教學(xué)初始階段：講授工藝規(guī)劃、編程規(guī)則，以簡單案例作為實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，安排學(xué)生實(shí)訓(xùn)。在實(shí)訓(xùn)過程中要求學(xué)生根據(jù)編輯器報(bào)警提示，完成編程工作。

教學(xué)中期階段：學(xué)生已有編程基礎(chǔ)，教師以更復(fù)雜的工件案例，講授更高層次的代碼使用規(guī)則。要求學(xué)生以文本文檔編寫程序，編寫后導(dǎo)入輔助編輯器，查看報(bào)警內(nèi)容，加深學(xué)生理解記憶。

教學(xué)末期階段：教師給出實(shí)訓(xùn)案例，學(xué)生根據(jù)己學(xué)知識(shí)，在輔助編輯器的幫助下，自學(xué)部分內(nèi)容，完成工藝規(guī)劃、程序編制、加工。教師觀察整個(gè)過程，適時(shí)指導(dǎo)。

2.編輯器使用效果

以筆者班級(jí)學(xué)生為例，從時(shí)間跨度約半學(xué)期的使用經(jīng)歷來看，編輯器在以下幾個(gè)方面能起到較好的輔助教學(xué)作用。

（1）在程序編輯初始階段，盡可能降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。由于編輯器可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際機(jī)床定制一些工藝要求，約束程序表達(dá)的機(jī)床行為，因此可識(shí)別安全隱患，不合理的工藝參數(shù)并報(bào)警。如根據(jù)機(jī)床、刀具等數(shù)據(jù)，可約束Z軸加工時(shí)的行程范圍。當(dāng)學(xué)生使用了錯(cuò)誤的長度補(bǔ)償號(hào)時(shí)導(dǎo)致Z軸行程超限時(shí)報(bào)警，可避免撞刀。還可約束主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度間的比例關(guān)系，當(dāng)輸入不匹配的兩個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)報(bào)警，可避免粘刀、刀具快速磨損等現(xiàn)象發(fā)生。

（2）學(xué)生程序編輯時(shí)間明顯縮短。由于不用擔(dān)心詞法、語法、部分工藝問題，因此給予了學(xué)生編制程序的信心，且能將更多精力用于工藝規(guī)劃上。程序在機(jī)床上運(yùn)行一次通過率高，也讓學(xué)生較快地獲得成就感，大大提升了學(xué)習(xí)興趣。

（3）由于初始階段已對(duì)安全隱患進(jìn)行了初步排查，因此降低了教師擔(dān)心安全事故的壓力。且編輯器己幫助學(xué)生解決大部分常犯、易犯錯(cuò)誤，教師的精力被節(jié)約出來，可用于與學(xué)生探討更復(fù)雜零件的加工工藝、機(jī)床操作方面更深層次的技術(shù)手段等問題，最終提升了整個(gè)課程的教學(xué)質(zhì)量和效率。

三、小結(jié)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，與切削過程相比，數(shù)控程序編制時(shí)間占了整個(gè)數(shù)控加工過程的大部分比例。確定工藝路線、工藝準(zhǔn)備、程序編制、仿真試切削是數(shù)控加工的幾大工作內(nèi)容，因此縮短程序編制時(shí)間，尤其避免詞法、語法類低級(jí)錯(cuò)誤，具有較大意義。教學(xué)中使用輔助編輯器，能幫助學(xué)生快速進(jìn)入工藝設(shè)計(jì)狀態(tài)，避免陷入無用的查錯(cuò)過程，幫助學(xué)生樹立信心，最終提升教學(xué)質(zhì)量。

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[3]鄭阿奇.Visual C++實(shí)用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

（作者單位：樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院）