數控程序輔助編輯器在數控加工編程教學中的應用

陳強 楊爽

摘要：針對手工編制數控程序教學過程中，學生易在關鍵字詞法、參數使用等方面犯錯的實際情況，我們開發了一套教學輔助編輯器。編輯器能在編程時進行實時詞法分析，顯示報警語句，約束學生規范書寫格式，加深對關鍵字的理解，有利于學生課外獨立練習，達到提升教學效果的目的。

關鍵詞：數控加工編程 編輯器 教學

手工編制數控加工程序是數控技術專業學生必須掌握的核心技能，一般采用項目化教學，通常由教師宣講數控系統編程規則、常用程序代碼，然后指導學生規劃加工工藝，進行程序實現，最后帶領學生仿真驗證、試切、真實加工。項目化教學由于案例真實，能引起學生的興趣，知識點模塊化，能幫助學生系統地學習，但是在操作過程中，仍存在如下問題，影響教學效率和質量。

一是學習初期，或因對代碼撰寫規則不熟，或輸入筆誤，學生常犯詞法錯誤，如循環指令“WHILE”，漏寫字母;指令“GO（0、1、2之0）”，誤輸入為“GO（0、P、Q之O）”。二是常犯語法錯誤，如法拉克系統程序開頭漏寫程序號，結尾漏寫百分號。三是常犯語義錯誤，如不同平面的圓弧指令，亂用、混用I、J、K、R參數;不同的數控系統，混用特定指令等。四是學生易犯工藝錯誤，如使用了不合適的主軸轉速、進給速度等等。

上述問題往往只有在使用仿真軟件驗證或上機調試時才能發現。而仿真和上機調試，雖有報警，但有時報警內容過于簡略，加上漢化翻譯原因，字面意思與原文本意相差甚遠，使得初始階段的學生不能理解問題之所在。而且報警提示經常不能定位到具體哪段程序存在問題，進一步加大了排除難度。如頻繁查閱相關資料，則大量時間被用于程序譯讀、詞法、語法核查上，學生不能將更多的精力用于鍛煉工藝規劃能力;花費大量精力編制的程序，如頻頻報警，也打擊了學生興趣。而且參數誤用易產生安全隱患，導致事故。過多精力被用于幫助學生解決上述問題，也不利于教師更關注于提升教學質量。

目前市場上雖有面向企業用戶的商用類編輯器，能對詞法、語法問題用顏色標示，但不能針對學生群體情況，對各種問題分門別類地報警提示，無法提升學生的程序編輯能力。且在學校時，手工編程時普遍使用的還是文本編輯器。

一、數控程序輔助編輯器設計

1.編輯器功能

針對上述問題，以法拉克數控系統銑削為模板，開發了一套數控程序輔助編輯器，其功能目標為：識別常用關鍵字詞法規則，對輸入數據不符合規則情況，即報出對應警示信息;在滿足詞法規則的前提下，能判斷輸入數據是否處于合理范圍;同時，編輯器具備定制、擴展能力，為兼顧更多類型數控系統預留接口。編輯器詳細功能如下。

（1）數字機能A-Z。字母后可跟任意有理數，如XIO、X-10.2，可跟參數，如X#10。當不是上述數據時，立即報警提示。數字可設定區間范圍，超范圍報警。如設定X軸移動范圍為-200～200，如輸入“X200.1”，報警。設定“#”參數#300～#400可用，輸入“X#401”時，報警。

（2）準備機能G。字母后可跟00～99中任一數字，首個數字“0”可省略，如GO、GOO、GOI、G1。可跟正分數，如G10.1、G54.1。可跟參數，如G#10。不是上述數據時，即報警提示。可制定指定機床G代碼清單，輸入代碼不在清單內即報警。如A機床識別G20，但B機床不識別，則可針對A機床和B機床定制G代碼清單。“#”參數可定制范圍。

（3）輔助機能M。字母后可跟00～99中任一數字，首個數字“0”可省略，如MO、MOO、M98。可跟參數，如M#10。可制定指定機床M代碼清單，輸入代碼不在清單內即報警。“#”參數可定制范圍。

（4）主軸機能S。進給機能F：S字母后可跟零和正整數，如S10、S1000。F字母后可跟零和正整數、正分數，如F100、F100.5。可跟參數，如S#10，F#100。數字可設定區間范圍，超范圍報警。如設定主軸轉速不能超過3000，當檢輸入“S3001”時，報警。“#”參數亦可設定范圍。可設定主軸S和進給F之間的比例關系，超比例報警提示。

（5）語義分析功能。可檢測固定循環代碼所需參數是否齊全或多余。可檢測刀具號、長度補償號、半徑補償號是否在設定范圍，防止誤用。

2.編輯器構架思路

根據數控系統要求歸納常用關鍵字書寫規則，形成詞法規則庫。編輯器運行時，首先讀取規則庫，存入緩存備用。詞法規則庫可根據數控系統單獨定制，使編輯器具備一定的兼容能力。

當編輯器輸入頁面接收到字符輸入信號時，即在規則庫中搜索，判斷該字符是否為數控系統具備的關鍵字首字符。如為否，則在信息欄彈出報警提示信息。如為是，則輸入界面每接收到一個輸入字符，便在規則庫中檢索數字、公式規則，判斷是否滿足規范，并依規彈出報警信息，直至鍵入另一個關鍵字首字符或空格，結束判斷。如此循環直至整個數控代碼撰寫完畢。

3.編輯器實現

編程平臺使用VS2015，新建為多文檔項目，可創建出輸入界面，由輸入界面接受鍵盤鍵入字符信息。添加對話框作為報警信息欄，與用戶進行信息交互。使用CView類中OnChar函數，響應鍵入字符行為，并開始詞法分析。

二、編輯器應用和使用效果

1.編輯器應用

編輯器可用于“數控機床編程與操作”類課程的全過程教學階段，尤其是在初始階段使用，更能發揮作用。應用可分以下幾個步驟。

教學準備：教師針對特定機床定制編輯器規則庫。

教學初始階段：講授工藝規劃、編程規則，以簡單案例作為實訓內容，安排學生實訓。在實訓過程中要求學生根據編輯器報警提示，完成編程工作。

教學中期階段：學生已有編程基礎，教師以更復雜的工件案例，講授更高層次的代碼使用規則。要求學生以文本文檔編寫程序，編寫后導入輔助編輯器，查看報警內容，加深學生理解記憶。

教學末期階段：教師給出實訓案例，學生根據己學知識，在輔助編輯器的幫助下，自學部分內容，完成工藝規劃、程序編制、加工。教師觀察整個過程，適時指導。

2.編輯器使用效果

以筆者班級學生為例，從時間跨度約半學期的使用經歷來看，編輯器在以下幾個方面能起到較好的輔助教學作用。

（1）在程序編輯初始階段，盡可能降低了安全風險。由于編輯器可根據現場實際機床定制一些工藝要求，約束程序表達的機床行為，因此可識別安全隱患，不合理的工藝參數并報警。如根據機床、刀具等數據，可約束Z軸加工時的行程范圍。當學生使用了錯誤的長度補償號時導致Z軸行程超限時報警，可避免撞刀。還可約束主軸轉速和進給速度間的比例關系，當輸入不匹配的兩個數據時報警，可避免粘刀、刀具快速磨損等現象發生。

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

（3）由于初始階段已對安全隱患進行了初步排查，因此降低了教師擔心安全事故的壓力。且編輯器己幫助學生解決大部分常犯、易犯錯誤，教師的精力被節約出來，可用于與學生探討更復雜零件的加工工藝、機床操作方面更深層次的技術手段等問題，最終提升了整個課程的教學質量和效率。

三、小結

據統計，與切削過程相比，數控程序編制時間占了整個數控加工過程的大部分比例。確定工藝路線、工藝準備、程序編制、仿真試切削是數控加工的幾大工作內容，因此縮短程序編制時間，尤其避免詞法、語法類低級錯誤，具有較大意義。教學中使用輔助編輯器，能幫助學生快速進入工藝設計狀態，避免陷入無用的查錯過程，幫助學生樹立信心，最終提升教學質量。

參考文獻：

[1]覃海，開放式數控系統宏程序編程平臺的研究開發[D].南寧：廣西大學，2005.

[2]韓向春，數控系統程序編輯器的設計與實現[J].制造業自動化，2004（26）.

[3]鄭阿奇.Visual C++實用教程[M].北京：電子工業出版社，2017.

（作者單位：樂山職業技術學院）