数控程序辅助编辑器在数控加工编程教学中的应用

陈强 杨爽

摘要：针对手工编制数控程序教学过程中，学生易在关键字词法、参数使用等方面犯错的实际情况，我们开发了一套教学辅助编辑器。编辑器能在编程时进行实时词法分析，显示报警语句，约束学生规范书写格式，加深对关键字的理解，有利于学生课外独立练习，达到提升教学效果的目的。

关键词：数控加工编程 编辑器 教学

手工编制数控加工程序是数控技术专业学生必须掌握的核心技能，一般采用项目化教学，通常由教师宣讲数控系统编程规则、常用程序代码，然后指导学生规划加工工艺，进行程序实现，最后带领学生仿真验证、试切、真实加工。项目化教学由于案例真实，能引起学生的兴趣，知识点模块化，能帮助学生系统地学习，但是在操作过程中，仍存在如下问题，影响教学效率和质量。

一是学习初期，或因对代码撰写规则不熟，或输入笔误，学生常犯词法错误，如循环指令“WHILE”，漏写字母;指令“GO（0、1、2之0）”，误输入为“GO（0、P、Q之O）”。二是常犯语法错误，如法拉克系统程序开头漏写程序号，结尾漏写百分号。三是常犯语义错误，如不同平面的圆弧指令，乱用、混用I、J、K、R參数;不同的数控系统，混用特定指令等。四是学生易犯工艺错误，如使用了不合适的主轴转速、进给速度等等。

上述问题往往只有在使用仿真软件验证或上机调试时才能发现。而仿真和上机调试，虽有报警，但有时报警内容过于简略，加上汉化翻译原因，字面意思与原文本意相差甚远，使得初始阶段的学生不能理解问题之所在。而且报警提示经常不能定位到具体哪段程序存在问题，进一步加大了排除难度。如频繁查阅相关资料，则大量时间被用于程序译读、词法、语法核查上，学生不能将更多的精力用于锻炼工艺规划能力;花费大量精力编制的程序，如频频报警，也打击了学生兴趣。而且参数误用易产生安全隐患，导致事故。过多精力被用于帮助学生解决上述问题，也不利于教师更关注于提升教学质量。

目前市场上虽有面向企业用户的商用类编辑器，能对词法、语法问题用颜色标示，但不能针对学生群体情况，对各种问题分门别类地报警提示，无法提升学生的程序编辑能力。且在学校时，手工编程时普遍使用的还是文本编辑器。

一、数控程序辅助编辑器设计

1.编辑器功能

针对上述问题，以法拉克数控系统铣削为模板，开发了一套数控程序辅助编辑器，其功能目标为：识别常用关键字词法规则，对输入数据不符合规则情况，即报出对应警示信息;在满足词法规则的前提下，能判断输入数据是否处于合理范围;同时，编辑器具备定制、扩展能力，为兼顾更多类型数控系统预留接口。编辑器详细功能如下。

（1）数字机能A-Z。字母后可跟任意有理数，如XIO、X-10.2，可跟参数，如X#10。当不是上述数据时，立即报警提示。数字可设定区间范围，超范围报警。如设定X轴移动范围为-200～200，如输入“X200.1”，报警。设定“#”参数#300～#400可用，输入“X#401”时，报警。

（2）准备机能G。字母后可跟00～99中任一数字，首个数字“0”可省略，如GO、GOO、GOI、G1。可跟正分数，如G10.1、G54.1。可跟参数，如G#10。不是上述数据时，即报警提示。可制定指定机床G代码清单，输入代码不在清单内即报警。如A机床识别G20，但B机床不识别，则可针对A机床和B机床定制G代码清单。“#”参数可定制范围。

（3）辅助机能M。字母后可跟00～99中任一数字，首个数字“0”可省略，如MO、MOO、M98。可跟参数，如M#10。可制定指定机床M代码清单，输入代码不在清单内即报警。“#”参数可定制范围。

（4）主轴机能S。进给机能F：S字母后可跟零和正整数，如S10、S1000。F字母后可跟零和正整数、正分数，如F100、F100.5。可跟参数，如S#10，F#100。数字可设定区间范围，超范围报警。如设定主轴转速不能超过3000，当检输入“S3001”时，报警。“#”参数亦可设定范围。可设定主轴S和进给F之间的比例关系，超比例报警提示。

（5）语义分析功能。可检测固定循环代码所需参数是否齐全或多余。可检测刀具号、长度补偿号、半径补偿号是否在设定范围，防止误用。

2.编辑器构架思路

根据数控系统要求归纳常用关键字书写规则，形成词法规则库。编辑器运行时，首先读取规则库，存入缓存备用。词法规则库可根据数控系统单独定制，使编辑器具备一定的兼容能力。

当编辑器输入页面接收到字符输入信号时，即在规则库中搜索，判断该字符是否为数控系统具备的关键字首字符。如为否，则在信息栏弹出报警提示信息。如为是，则输入界面每接收到一个输入字符，便在规则库中检索数字、公式规则，判断是否满足规范，并依规弹出报警信息，直至键入另一个关键字首字符或空格，结束判断。如此循环直至整个数控代码撰写完毕。

3.编辑器实现

编程平台使用VS2015，新建为多文档项目，可创建出输入界面，由输入界面接受键盘键入字符信息。添加对话框作为报警信息栏，与用户进行信息交互。使用CView类中OnChar函数，响应键入字符行为，并开始词法分析。

二、编辑器应用和使用效果

1.编辑器应用

编辑器可用于“数控机床编程与操作”类课程的全过程教学阶段，尤其是在初始阶段使用，更能发挥作用。应用可分以下几个步骤。

教学准备：教师针对特定机床定制编辑器规则库。

教学初始阶段：讲授工艺规划、编程规则，以简单案例作为实训内容，安排学生实训。在实训过程中要求学生根据编辑器报警提示，完成编程工作。

教学中期阶段：学生已有编程基础，教师以更复杂的工件案例，讲授更高层次的代码使用规则。要求学生以文本文档编写程序，编写后导入辅助编辑器，查看报警内容，加深学生理解记忆。

教学末期阶段：教师给出实训案例，学生根据己学知识，在辅助编辑器的帮助下，自学部分内容，完成工艺规划、程序编制、加工。教师观察整个过程，适时指导。

2.编辑器使用效果

以笔者班级学生为例，从时间跨度约半学期的使用经历来看，编辑器在以下几个方面能起到较好的辅助教学作用。

（1）在程序编辑初始阶段，尽可能降低了安全风险。由于编辑器可根据现场实际机床定制一些工艺要求，约束程序表达的机床行为，因此可识别安全隐患，不合理的工艺参数并报警。如根据机床、刀具等数据，可约束Z轴加工时的行程范围。当学生使用了错误的长度补偿号时导致Z轴行程超限时报警，可避免撞刀。还可约束主轴转速和进给速度间的比例关系，当输入不匹配的两个数据时报警，可避免粘刀、刀具快速磨损等现象发生。

（2）学生程序编辑时间明显缩短。由于不用担心词法、语法、部分工艺问题，因此给予了学生编制程序的信心，且能将更多精力用于工艺规划上。程序在机床上运行一次通过率高，也让学生较快地获得成就感，大大提升了学习兴趣。

（3）由于初始阶段已对安全隐患进行了初步排查，因此降低了教师担心安全事故的压力。且编辑器己帮助学生解决大部分常犯、易犯错误，教师的精力被节约出来，可用于与学生探讨更复杂零件的加工工艺、机床操作方面更深层次的技术手段等问题，最终提升了整个课程的教学质量和效率。

三、小结

据统计，与切削过程相比，数控程序编制时间占了整个数控加工过程的大部分比例。确定工艺路线、工艺准备、程序编制、仿真试切削是数控加工的几大工作内容，因此缩短程序编制时间，尤其避免词法、语法类低级错误，具有较大意义。教学中使用辅助编辑器，能帮助学生快速进入工艺设计状态，避免陷入无用的查错过程，帮助学生树立信心，最终提升教学质量。

参考文献：

[1]覃海，开放式数控系统宏程序编程平台的研究开发[D].南宁：广西大学，2005.

[2]韩向春，数控系统程序编辑器的设计与实现[J].制造业自动化，2004（26）.

[3]郑阿奇.Visual C++实用教程[M].北京：电子工业出版社，2017.

（作者单位：乐山职业技术学院）