梁子財(cái)

【摘 要】由于零件結(jié)構(gòu)、加工工藝日益復(fù)雜，數(shù)控加工G代碼程序的質(zhì)量成為影響加工質(zhì)量和效率的重要因素。如今數(shù)控技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合，技術(shù)人員可以利用相關(guān)的G代碼仿真加工軟件對(duì)G代碼的加工效果和正確性進(jìn)行驗(yàn)證，而無(wú)需進(jìn)行機(jī)床試加工，省時(shí)省材。針對(duì)G代碼仿真加工軟件的開(kāi)發(fā)，關(guān)鍵在于正確提取G代碼程序中的點(diǎn)位信息。因此本文基于Qt平臺(tái)提出一種數(shù)控加工G代碼程序圖形點(diǎn)位信息提取算法。

【關(guān)鍵詞】Qt;圖形點(diǎn)位信息;G代碼;G代碼程序加工仿真;算法

中圖分類號(hào)： TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）21-0049-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.21.022

Graphic Point Information Extraction Algorithm for NC Machining G Code Program

LIANG Zi-cai

（China-EU Institute for Clean And Renewable Energy ， Wuhan ?Hubei 430074，China）

【Abstract】Due to the increasingly complex structure and processing technology， the quality of CNC machining G code programs has become an important factor affecting the quality and efficiency of machining. Nowadays， the combination of numerical control technology and computer simulation technology， technicians can use the relevant G code simulation processing software to verify the processing effect and correctness of G code， without the need for machine tool trial processing， saving time and materials. For the development of G code simulation processing software， the key is to correctly extract the point information in the G code program. Therefore， based on Qt platform， this paper proposes a graphics point information extraction algorithm for NC machining G code program.

【Key words】Qt; Graphic point information; G code; G code program processing simulation; Algorithm

0 引言

由于零件結(jié)構(gòu)、加工工藝日益復(fù)雜，數(shù)控加工G代碼程序的質(zhì)量成為影響加工質(zhì)量和效率的重要因素。數(shù)控加工G代碼程序包含加工所需的所有信息，指導(dǎo)數(shù)控機(jī)床加工工作[1]。以往多采用試切法檢測(cè)數(shù)控加工G代碼的正確性[2]，但是這種方法往往因?yàn)閿?shù)控程序錯(cuò)誤引起的刀具碰撞損壞[3]，工件浪費(fèi)等。因此，人們通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)提前驗(yàn)證G代碼的準(zhǔn)確性[4]，既可縮短開(kāi)發(fā)周期，又可減少材料浪費(fèi)。

針對(duì)G代碼仿真加工軟件的開(kāi)發(fā)，關(guān)鍵在于正確提取G代碼程序中的點(diǎn)位信息。筆者基于Qt平臺(tái)提出一種數(shù)控加工G代碼程序圖形點(diǎn)位信息提取算法。

1 G代碼程序的譯碼

在提取數(shù)控加工G代碼程序中的加工點(diǎn)位信息之前，需要對(duì)G代碼程序進(jìn)行譯碼，對(duì)G代碼進(jìn)行詞法語(yǔ)法錯(cuò)誤檢測(cè)，再將加工命令和坐標(biāo)分類保存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容器定義如下所示：

typedef struct

{QStringList drawtype;//繪圖類型：直線，圓弧

QStringList codetype;//編程類型：增量式，絕對(duì)式

QStringList xcoor;//X值

QStringList ycoor;//Y值

QStringList zcoor;//Z值

QStringList icoor;//I值

QStringList jcoor;//J值

QStringList kcoor;//K值

QStringList rcoor;//R值

QStringList current_line;//軌跡當(dāng)前加工行號(hào)

}scan_data;

在對(duì)G代碼程序進(jìn)行譯碼之前，需要對(duì)每行代碼中的注釋內(nèi)容進(jìn)行屏蔽，之后再對(duì)每行代碼的有效信息進(jìn)行解析。具體流程如圖1所示。譯碼過(guò)程比較重要的幾個(gè)步驟是去掉注釋內(nèi)容、詞法錯(cuò)誤檢查、語(yǔ)法錯(cuò)誤檢查和字符分類。

去掉注釋內(nèi)容。數(shù)控加工G代碼中有部分文本是注釋內(nèi)容，這些注釋內(nèi)容并不蘊(yùn)含有效加工數(shù)據(jù)，因此無(wú)需進(jìn)行后續(xù)處理，因此需要提前屏蔽掉。

詞法錯(cuò)誤檢查。根據(jù)數(shù)控加工G代碼的編程標(biāo)準(zhǔn)，判別G代碼中的字符是否符合編程要求。實(shí)現(xiàn)的思路為：首先建立代碼關(guān)鍵字符集，然后逐個(gè)讀入G代碼中的字符，判斷它是否屬于關(guān)鍵字符集。如果不在則說(shuō)明程序使用了系統(tǒng)不能識(shí)別的指令，給出錯(cuò)誤信息，指出錯(cuò)誤所在行;如果該字符屬于字符集則繼續(xù)讀入下一個(gè)字符。

語(yǔ)法錯(cuò)誤檢查。將數(shù)控G代碼的單詞按各類語(yǔ)法規(guī)則進(jìn)行分析，并進(jìn)行語(yǔ)句的語(yǔ)法正確性和不同語(yǔ)句之間的相容性檢查。歸納起來(lái)，數(shù)控代碼中要檢查的語(yǔ)法錯(cuò)誤主要有指令搭配錯(cuò)誤、指令順序錯(cuò)誤和指令格式錯(cuò)誤。

字符分類。經(jīng)過(guò)詞法錯(cuò)誤檢查和語(yǔ)法錯(cuò)誤檢查之后，需要對(duì)G代碼進(jìn)行加工命令和坐標(biāo)分類保存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容器，后續(xù)將進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)細(xì)分工作。

2 G代碼程序點(diǎn)位信息的提取

在完成數(shù)控加工G代碼程序的譯碼工作之后，G代碼的加工命令和坐標(biāo)分類保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容器，但是不能直接使用這些數(shù)據(jù)繪制出加工圖像。因此需要根據(jù)不同類型的命令和坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的點(diǎn)位信息提取，其具體流程如圖2所示。

2.1 直線類型

快速定位G00和直線插補(bǔ)G01這兩種類型比較簡(jiǎn)單，不需要什么判斷，直接細(xì)分即可。細(xì)分方法是：先求起點(diǎn)（old_x， old_y， old_z）和終點(diǎn)（new_x， new_y， new_z）之間的距離，然后細(xì)分count（自定義細(xì)分段數(shù)量）段，然后取點(diǎn) ，代碼如下：

for （int i = 0;i < count+1;i++） {

//計(jì)算點(diǎn)坐標(biāo)

x_pos = old_x + （（i） * （new_x - old_x）） / count;

y_pos = old_y + （（i） * （new_y - old_y）） / count;

z_pos = old_z + （（i） * （new_z - old_z）） / count;

//存儲(chǔ)點(diǎn)坐標(biāo)

draw_Data.tool_pos_x.append（QString：：number（x_pos））;

draw_Data.tool_pos_y.append（QString：：number（y_pos））;

draw_Data.tool_pos_z.append（QString：：number（z_pos））;

}

2.2 圓弧類型

相比之下，繪制圓弧則比較復(fù)雜。G代碼編程繪制圓弧有兩種類型，一種是IJK模式，另一種是R模式。IJK模式給出了圓點(diǎn)和半徑，R模式給出了半徑和圓弧的圓心角，兩種模式都需要判斷圓弧所在平面（XY，YZ，ZX三個(gè)之一）。以下分別細(xì)講這兩種圓弧類型的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

2.2.1 IJK類型圓弧

IJK類型下，已知圓弧起點(diǎn)、圓弧終點(diǎn)、半徑和圓心，如果要實(shí)現(xiàn)圓弧的繪制則需將圓弧細(xì)分成最夠小的直線段，只要細(xì)分段數(shù)足夠大，繪制出來(lái)的圖形就接近圓弧。大致流程如圖3所示。

確定起點(diǎn)和終點(diǎn)相對(duì)于圓心的象限示意如下：

左邊為逆時(shí)針繪圖，右邊為順時(shí)針繪圖。之后根據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)所在的象限求其相對(duì)于圓心的角度，如圖5所示。

求完angle和angle1之后，就可以進(jìn)行細(xì)分了，順時(shí)針細(xì)分如下：

for （int i=0;i

p4.x=center_point.x+Ra*cos（angle1-（angle*i）/count）;

p4.y=center_point.y+Ra*sin（angle1-（angle*i）/count）;

draw_Data.tool_pos_x.append（QString：：number（p4.x））;

draw_Data.tool_pos_y.append（QString：：number（p4.y））;

}

逆時(shí)針細(xì)分如下：

for （int i=0;i

p4.x=center_point.x+Ra*cos（angle1+（angle*i）/count）;

p4.y=center_point.y+Ra*sin（angle1+（angle*i）/count）;

draw_Data.tool_pos_x.append（QString：：number（p4.x））;

draw_Data.tool_pos_y.append（QString：：number（p4.y））;}

2.2.2 R型圓弧

R型圓弧下，已知起點(diǎn)和終點(diǎn)，半徑和圓心角，但是不知圓心是哪個(gè)，有兩種可能的情況，如圖6所示。因此需要先判斷出哪個(gè)是圓心。

因此R型圓弧需要先判斷圓心然后再細(xì)分求位置點(diǎn)，流程如圖7所示。

R型圓弧的情況下，也需要計(jì)算起點(diǎn)相對(duì)于圓心的起始角度angle1與圓弧圓心角angle然后再細(xì)分（與IJK類型細(xì)分一致）。

3 總結(jié)

筆者利用Qt平臺(tái)與OpenGL庫(kù)開(kāi)發(fā)了一款針對(duì)數(shù)控加工G代碼程序的三維加工仿真軟件，該軟件能夠根據(jù)加載的G代碼程序提取加工圖像點(diǎn)位信息并繪制加工圖像并且可以模擬刀具的加工，同時(shí)可以檢測(cè)G代碼程序的錯(cuò)誤并給出錯(cuò)誤信息，方便用戶提前驗(yàn)證G代碼的可行性。通過(guò)使用該軟件，技術(shù)人員無(wú)需試加工就可以驗(yàn)證G代碼的加工效果，減少資源浪費(fèi)與縮短開(kāi)發(fā)周期。

【參考文獻(xiàn)】

[1]潘海鴻，葉文海，陳琳，et al.特種復(fù)合加工中心數(shù)控系統(tǒng)G代碼編譯器設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2015（6）：71-73.

[2]婁志超，趙先鋒，史紅艷，et al.基于OpenGL車(chē)削仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研究[J].現(xiàn)代機(jī)械，2018，No.204（02）：19-23.

[3]劉思勝，李松生，陳萍.數(shù)控G代碼解釋器和仿真模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012（1）：172-174.

[4]李春雷.虛擬數(shù)控車(chē)削加工誤差建模技術(shù)研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011（4）：35-36.