基于BOOST庫的數控NC代碼宏程序編譯器

2010-10-18 14:31:46林礪宗宋啟盛王啟春

制造技術與機床 2010年8期

林礪宗宋啟盛林森王啟春

（華東理工大學機械與動力工程學院，上海200237）

宏程序是現代數控系統重要的標志之一。宏的出現使數控系統的二次開發成為可能。只要通過對變量的修改，便能實現對同一類零件，不同規格尺寸的加工。大大提高了程序復用率，簡化了實際加工操作。

因此能支持宏程序的編譯器，已成為任何數控系統的首要基礎。本文用的方法相對而言較直觀，比起專業的編譯器實現要更簡單，并具有較高的效率。

1 BOOST的概述

一般制作編譯器有用 VC直接開發的，但是VC6.0本身不支持正則表達式，因而開發起來代碼量大，且編譯器運行速度慢；有用VC和微軟開發正則表達式GRETA代碼編寫的［1］，雖然有正則表達式能簡化編程，但 GRETA功能有限；還有用專業編譯器LEX&YACC［2］，老版本已經很難找到，而新版本是付費軟件，由于版權原因，投入商業開發會有版權問題。

本文選用開放式源代碼庫BOOST，除了版權免費以外，其還包含了正則表達式及迭代等算法，方便快速編程，且效率高，能較好實現G代碼及宏代碼的編譯。

BOOST主要包含以下幾個大類：字符串及文本處理、容器、迭代子（Iterator）、算法、函數對象和高階編程、泛型編程、模板元編程、預處理元編程、并發編程、數學相關、糾錯和測試、數據結構、輸入/輸出、跨語言支持、內存相關、語法分析、雜項。具有很強大的功能。

2 G代碼和宏代碼的處理

譯碼系統主要是識別G、M、T、S等代碼，并進行詞義、語義的分析［3］。分析完之后把相關參數存入代碼數據庫中的NC代碼表，如表1所示，為以后運行做準備。通常的做法是在程序中開辟程序緩沖區，定義一個結構體，把代碼的相關信息存入結構體中［1］。這樣可以加快編譯速度。但對于突然斷電等情況，內存中的數據會突然丟失，且占用內存較大。而現在的計算機的運行速度，每年都能大幅度提高，因此決定放棄部分運行速度來提高系統的可靠性，把代碼存入數據表中。這樣，即使未存盤，也不會丟失數據。并且所占用的內存相對較少。其較系統自動存盤功能的編寫更簡單。

表1 代碼數據庫NC代碼表

2.1 代碼數據庫的格式

代碼數據庫結構的組成結構圖，如圖1所示。

NC 代碼表存放功能字、X、Y、Z、U、V、W、S、T，平面信息，相對、絕對坐標，刀號及公英制信息。

宏代碼表存放宏變量。系統共建立了100個局部變量，其作用域只存在當前的程序中，編號為#0-#99存儲在數組中。并有100個全局變量，其存儲一些相關的比較重要的系統參數及自定義函數，其針對所有的宏程序，它存儲在宏代碼表中其編號為#100-#199。

2．2 譯碼系統的數據結構

（1）譯碼器所定義的關鍵字及符號

（2）G代碼數據結構的定義

3 譯碼的總流程（圖2）

譯碼器首先讀入的代碼，根據判斷符串里是否包含#、IF、WHILE、SIN、GE 等一些代表變量，控制語句，三角函數，邏輯判定函數等來區分是否是宏代碼。

若是宏代碼，則做一些相關的操作：

（1）變量的替換

在推進地下水超采治理試點工作中，始終牢牢把握五條基本原則：一是政府引導、全民行動，發揮好政府和群眾兩個積極性；二是規劃統領、科學治理，年度實施方案與中長期規劃有機銜接，集中連片規模實施，務求治理一片、見效一片、鞏固一片；三是創新機制、示范帶動，探索建立地下水超采治理的有效途徑，力求取得可示范、可復制、可推廣的經驗；四是因地制宜、積極穩妥，根據實際情況，科學確定治理模式和工程規模；五是競爭立項、績效考核，依據項目前期工作和壓采效果擇優實施，嚴格把關、嚴格獎懲。

當碰到的是賦值語句時，如#3=10，#100=25.6，首先讀取變量號，當變量號是0-99時，此時代表局部變量，則把值存入內存中開辟的數組中，供當前程序調用；若變量號是100-199時，則直接把數據存入宏變量數據庫中，供所有程序調用。

當存在含變量的代碼時，如G01 X#3 Y#100，則分別根據變量從內存數組和宏變量數據庫中讀出變量值，并替換原來的變量名，即變為G01 X10 Y25.6。

（2）數值的計算

當遇到是變量的三角函數或變量的四則運算時，由于VC6.0本身不具備文本運算功能，即輸入文本型的數字，并能計算這些“數字”之間的四則運算，于是調用JAVA中的一個腳本控件msscript.ocx，這樣能方便的達到目的。

使用此控件時，只要在expression中定義要計算的文本字符串，如“3+45.6*3+3/2”，就能很方便的得出結果。

由于此控件只能針對四則運算，對于三角函數等一些函數的處理則不同。以“SIN［#2+1］”為例，首先判定字符串中有字串“SIN”，再提取“［］”中的內容，如果有變量，則先進行變量的替換，然后用控件msscript.ocx計算出“#2+1”的值，最后把文本值轉成浮點數值，用VC自帶的SIN函數運算即可得出結果。

（3）語法分析和錯誤處理

語法的正則表達式的定義如下所示，用正則表達式定義了G代碼能識別的所有關鍵字，及每個關鍵字后的數值的類型，一旦出現不能識別的關鍵字或數值類型與定義不符，如刀號T后跟帶有小數點的數值，則正則表達式判別不能通過，并報錯。

“ *”表示X之前空格可以出現無數次，也可以不出現，即忽略空格。“［X|x］”表示匹配大寫X或小寫x，即忽略大小寫；“？”表示關鍵字X可以不出現，但最多出現1次，超過則不能通過正則判定報語法錯誤。（（ -｛0，1｝\d+）（ \.\d+）？）？表示數值可以是一個帶有符號的浮點數或整數。

若能通過上述正則表達式，則提取相關的參數。以X為例：

除用正則表達式評定語法法則外，根據代碼分類，判定指令之間有沒有沖突：

在讀入G代碼時，根據讀入的G代碼功能字（如表2），先分組然后根據同一行G代碼中出現的功能字，是不是在同一組來判定，代碼之間會不會有沖突。

表2 主要G代碼功能分類

4 子程序調用

運行時首先確認是否要調用子程序，若要調用子程序則需要先記下當前執行程序所在的位置及一些相關局部變量等一些斷點的信息，然后跳轉到子程序上；當調用完畢后恢復所保存的相關信息，并回到調用子程序所在位置的下一條指令上（圖3）。

5 分支和循環語句的處理

宏程序中支持的分支語句有 IF［條件為真］THEN，IF［條件為真］GOTOn（行號）。循環主要有WHILE［條件］Don（循環體編號）。條件的判斷，依然采用先前的JAVA的腳本控件msscript.ocx和正則表達式。操作時先用相應的變量值把［］中的變量替換掉，使之成為只有數字和不等式符號的表達式，然后用正則表達式提取［］中的表達式：