數(shù)控系統(tǒng)中G代碼的實(shí)現(xiàn)方式。采用QT界面開發(fā)數(shù)控軟件，在Qt4環(huán)境下對人機(jī)界面應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)。

　　傳統(tǒng)常用的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)多是以PC做為硬件平臺，有較廣泛的應(yīng)用。但是這種數(shù)控系統(tǒng)有諸多缺點(diǎn)，如獨(dú)立性和自主性差，系統(tǒng)穩(wěn)定性欠缺等。所以很多場合下不易于應(yīng)用。而采用ARM—MCX3l4為硬件控制平臺，同時(shí)應(yīng)用RTLinux為嵌入式操作系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，具備有低價(jià)位、高性能、小體積的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)較好克服了這些缺點(diǎn)，在中小企業(yè)數(shù)控機(jī)床的自主研發(fā)和創(chuàng)新，以及對于生產(chǎn)制造和技術(shù)的改造升級有很好的應(yīng)用前景。

1 嵌入式數(shù)控系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)

　　基于成本的控制和性能要求的考慮，本文設(shè)計(jì)的嵌入式控制系統(tǒng)選用ARM9控制處理器S3C2410作為系統(tǒng)的主要控制核心來進(jìn)行統(tǒng)一運(yùn)算處理工作。另外在重要的輸出軸X／Y／Z的運(yùn)動控制的設(shè)計(jì)上，為了加快研究進(jìn)程，課題采用了具備良好的運(yùn)動控制性能的運(yùn)動控制專用芯片MCX314ALt：1來對X／Y／Z三軸運(yùn)動的進(jìn)行控制。本控制系統(tǒng)的硬件框架如圖1所示。

圖1 嵌入式控制系統(tǒng)的硬件框架

　　基于ARM—MCX314AL為硬件平臺，在嵌入式Linux的操作系統(tǒng)下，將我們這個(gè)以的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)控制當(dāng)中的數(shù)控方面，有這很好的適應(yīng)性，另外采用Qt圖形界面開發(fā)工具，對人機(jī)交互界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并加以實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)人機(jī)界面結(jié)構(gòu)圖2所示。

圖2 嵌入式數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面結(jié)構(gòu)

2 數(shù)控系統(tǒng)中關(guān)鍵數(shù)控軟件部分的實(shí)現(xiàn)

　　2.1 數(shù)控系統(tǒng)中G代碼編譯方式

　　基于對幾種刀具補(bǔ)償方式的比較，在本系統(tǒng)采用了C型刀具補(bǔ)償，這種刀具補(bǔ)償方式的實(shí)現(xiàn)是要先計(jì)算出下一條軌跡控制指令伺服電機(jī)的信息，才能夠?qū)⒈径纬绦虻募庸ぼ壽E確定下來，所以這就對系統(tǒng)控制核心芯片提出了較高的性能要求。在本系統(tǒng)中采用了三星的S3C241O作為系統(tǒng)的控制核心，采用了ARM9TDMI內(nèi)核的16／32位RISC處理器。經(jīng)過測試顯示，如果插補(bǔ)的周期為4 ms，那么完成了一次插補(bǔ)運(yùn)算后是有充分的時(shí)間進(jìn)行譯碼和刀具補(bǔ)償?shù)娜蝿?wù)的。所以，在綜合考慮之下，本系統(tǒng)采用解釋的方式進(jìn)行譯碼是可行的。

　　2.2 G代碼處理

　　數(shù)控系統(tǒng)中的零件加工程序是由許多行的G代碼、M代碼等構(gòu)成，其中每行程序都表示一段刀具相對于零件幾何外形輪廓的加工軌跡，和加工當(dāng)中的一些輔助功能的操作，輔助功能諸如，停車，換刀等，可以使零件順利加工成形。數(shù)控程序通常具有以下典型的格式：

　　Nxxxx Gxx Xxxx Yxxx Zxxx Mxx Sxx Fxx Txxxx

　　說明：N是每行程序行號，G表示為準(zhǔn)備功能，X、Y、Z為機(jī)床的運(yùn)動坐標(biāo)值，M、S、F、T表示加工當(dāng)中的工藝參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、刀具號等)。數(shù)控程序是由這樣一組字地址組成的指令集，它包含加工時(shí)所需的一切信息，提供了數(shù)控機(jī)床實(shí)際加工零件時(shí)所需的一切信息。

　　數(shù)控加工指令代碼解釋功能模塊首先將G代碼一行行讀入，先進(jìn)行詞法分析，做標(biāo)識符的轉(zhuǎn)化和非法指令字的判別，將其結(jié)果為語法分析的輸入流。語法分析模塊的解決思想借鑒了自底向上的分析方法，對詞法分析的輸入進(jìn)行規(guī)約，然后查找規(guī)則表，完成語法分析。然后進(jìn)行邏輯結(jié)構(gòu)分析并從中提取加工信息存入Sqlite數(shù)據(jù)庫，經(jīng)刀具補(bǔ)償處理后送入運(yùn)動控制器執(zhí)行。對于出錯(cuò)處理模塊而言，在解釋過程中遇到錯(cuò)誤時(shí)，并不能因此停止譯碼工作，而希望系統(tǒng)記錄錯(cuò)誤位置及錯(cuò)誤類型，繼續(xù)進(jìn)行解釋工作，直到程序解釋完成后再打印所有錯(cuò)誤信息，以便進(jìn)行錯(cuò)誤處理。本系統(tǒng)錯(cuò)誤處理的實(shí)現(xiàn)也遵循了這條原則，系統(tǒng)錯(cuò)誤處理方面只提供錯(cuò)誤信息打印和錯(cuò)誤位置回溯等功能，而把對錯(cuò)誤更正工作留給用戶自行完成。

　　2.3 人機(jī)圖形交互功能的實(shí)現(xiàn)

　　在完成了譯碼程序編寫之后，采用在QT4環(huán)境下，通過信號和槽機(jī)制，建立譯碼按鍵的交互功能，從而完成整個(gè)數(shù)控代碼解釋器的設(shè)計(jì)。這樣比采用其他工具使用回調(diào)函數(shù)創(chuàng)建用戶交互，更簡單、清晰、容易理解。所謂信號和槽都是類成員函數(shù)，使用這種新方法只需要一行代碼就能夠?qū)⒂脩羰录统绦蚴录B接起來。信號需要自己做定義，實(shí)現(xiàn)起來相對容易，也可以直接采用用Qt中帶有的信號。每當(dāng)發(fā)射按鈕的clicked( )信號時(shí)，槽函數(shù)將被執(zhí)行，調(diào)用數(shù)控代碼解釋器程序進(jìn)行譯碼工作。

　　Connect(MyButton， SLGNAL(clicked() )，this， SLOT(MyCompileSlst0)

3 嵌入式系統(tǒng)集成與測試

　　在嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的最終測試中，通過設(shè)計(jì)功能需求覆蓋比較完整的測試用例，主要針對數(shù)控譯碼模塊和刀具補(bǔ)償模塊兩方面的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)⒅饕牡堆a(bǔ)類型都覆蓋上，包括直線轉(zhuǎn)接直線、直線轉(zhuǎn)接圓弧，圓弧轉(zhuǎn)接直線和圓弧轉(zhuǎn)接圓弧四種形式，每種情況中還考慮左刀補(bǔ)(G41)和右刀補(bǔ)(G42)，另外還考慮一些在直線與圓弧轉(zhuǎn)接中的一些特殊情況，如相切轉(zhuǎn)接和垂直轉(zhuǎn)接。主要的測試用例如圖3。仿真結(jié)果顯示如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)測試用例圖

圖4 仿真測試實(shí)驗(yàn)

　　在以上的軟件測試中采用的是功能測試的方法，通過設(shè)計(jì)的有針對性的測試用例，進(jìn)行軟件仿真，對數(shù)控代碼編譯模塊和刀具補(bǔ)償模塊進(jìn)行了覆蓋性測試，具有可行性。

　　通過測試也發(fā)現(xiàn)了一些功能方面的不足和缺陷，說明軟件功能有待進(jìn)一步完善，同時(shí)也在一定程度上，驗(yàn)證了以上功能模塊的實(shí)用性。

4 結(jié)論

　　本文實(shí)現(xiàn)了一種以ARM9為嵌入式硬件平臺的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，同時(shí)對嵌入式數(shù)控系統(tǒng)軟件關(guān)鍵部分的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行的說明，包括G代碼的處理，以及在QT4的開發(fā)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互圖形界面，相比基于PC的傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)具有更好的獨(dú)立性和自主性。并通過對實(shí)際加工事例，本系統(tǒng)進(jìn)行測試證明，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)控機(jī)床各種指令和功能的正確解釋。