CN115562174A - 一种基于g代码的机床随动切削仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，包括配置机床组件、依次启动G代码反读流程、语句执行线程、插补线程以及驱动线程。本发明公开的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，可以实现基于G代码的计算机仿真，具有G代码程序与机床动作的随动仿真切削功能，仿真效果好，方便机床使用人员对预先设计的G代码程序进行随时调整，同时也便于初学者对机床G代码程序的设计进行快速直观的学习。

Description

一种基于G代码的机床随动切削仿真方法
技术领域
本发明属于高端信息化制造领域，尤其是涉及一种基于G代码的机床随动切削仿真方法。
背景技术
随着全球竞争的日益加剧，数控加工技术作为保证产品质量、提高生产效率以及实现生产自动化的重要手段被广泛应用到汽车、航空、模具开发等制造领域。为确保数控加工过程的正确性，在实际数控加工之前需要对加工程序进行验证是一个十分必要的环节，采用仿真技术可以在计算机上模拟出加工效果，并进行提前解决，同时不实际占用机床和工件等资源，极大地缩短了加工周期，节约了生产资源，从而降低了产品成本。
在现有技术条件下，在实际的数控加工操作中，数控机床的使用是基于G代码程序进行控制的，而现有常见的数控机床仿真软件，基本上都是基于计算机辅助制造软件（即CAM）进行仿真，也就是基于刀具轨迹进行仿真，是先生成加工轨迹，再进行仿真的形式，而不是基于机床G代码程序进行仿真，这就使得在机床实际加工前的仿真过程中，没有办法实现G代码程序与加工仿真的一一对应随动切削，无法更加有效地的验证G代码加工程序每一步的正确性与合理性，不方便使用人员根据仿真结果，对机床装载的G代码程序进行预先的调整。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，可以实现基于G代码的计算机仿真，具有G代码程序与机床动作的随动仿真切削功能，具有仿真效果好，方便机床使用人员对预先设计的G代码程序进行随时调整的优点，同时也便于初学者对机床G代码程序的设计进行快速直观的学习。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，包括：
步骤一：配置机床组件：包括数控机床类型、配套数控系统、零件模型、加工毛坯、G代码文件、编程零点、刀具起始点以及当前调用刀具；
步骤二：启动G代码反读流程，生成语句树：加载需要校验的G代码文件，把G代码文件以程序段为单位，将G代码文件翻译成内部识别的语句树，语句树中每一个结点，对应G代码中的一个程序段，利用树的父结点与叶子结点之间的父子关系描述出程序段的作用域关系，利用树的叶子结点与叶子结点之间的兄弟关系描述出顺序程序段之间的关系，最后建立插补缓存区以及驱动缓存区；
步骤三：启动语句执行线程：遍历语句树，按照语句类型，执行各个语句，每一个执行结果都带有与G代码程序段间的对应关系，并将带有G代码程序段间对应关系的执行结果存放到插补缓存区内；
步骤四：启动插补线程：从插补缓存区中读取数据，按照加工速度以及插补周期，对加工轮廓的起点到终点之间再密集插分出有限个坐标点，完成插补处理，插补结果都带有与G代码程序段间的对应关系，并将带有G代码程序段间对应关系的插补结果存放到驱动缓存区内；
步骤五：启动驱动线程：驱动模块从驱动缓存区读取数据，控制机床模型部件仿真动作，同时随动显示动作对应的G代码程序段，从而实现机床随动切削仿真。
相对于现有技术，本发明所述的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，具有以下优势：
第一、本发明公开的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，可以基于机床G代码进行直接仿真，方便使用人员直接验证G代码加工程序每一步的正确性与合理性，具有仿真效果好、能够有效提高机床加工质量和效率的优点。
第二、本发明公开的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，G代码程序与机床动作相互对应，能够实现G代码程序与机床动作的随动仿真切削功能，具有对照效果好，易于操作人员对G代码程序进行调整的优点。
第三、本发明公开的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，仿真效果直观清楚，便于初学者对机床G代码程序的设计进行快速直观的学习。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法流程示意图；
图2为本发明实施例所述的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法数据流动示意图；
图3为本发明实施例所述的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法G代码示例示意图；
图4为本发明实施例所述的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法语句树示例示意图；
图5为本发明实施例所述的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法插补结果示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图2所示，一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，包括：
步骤一：配置机床组件：包括数控机床类型、配套数控系统、零件模型、加工毛坯、G代码文件、编程零点、刀具起始点以及当前调用刀具；
步骤二：启动G代码反读流程，生成语句树：如图3-图4所示，加载需要校验的G代码文件，把G代码文件以程序段为单位，将G代码文件翻译成内部识别的语句树，语句树中每一个结点，对应G代码中的一个程序段，利用树的父结点与叶子结点之间的父子关系描述出程序段的作用域关系，利用树的叶子结点与叶子结点之间的兄弟关系描述出顺序程序段之间的关系，最后建立插补缓存区以及驱动缓存区；
在本实施例中，利用语句树可以直观地表达出G代码程序的调用关系，也可以很好的描述出语句结点与G代码程序段之间的对应关系。其中将G代码文件翻译成内部识别的语句树，是现有技术中常见的技术手段，本领域技术人员是完全可以理解实现的。
步骤三：启动语句执行线程：遍历语句树，按照语句类型，执行各个语句，每一个执行结果都带有与G代码程序段间的对应关系，并将带有G代码程序段间对应关系的执行结果存放到插补缓存区内；
步骤四：启动插补线程：如图5所示，从插补缓存区中读取数据，按照加工速度以及插补周期，对加工轮廓的起点到终点之间再密集插分出有限个坐标点，完成插补处理，插补结果都带有与G代码程序段间的对应关系，并将带有G代码程序段间对应关系的插补结果存放到驱动缓存区内；
在本实施例中，数控机床控制的核心问题，就是如何控制刀具或工件的运动，对于平面曲线的运动轨迹需要两个运动坐标协调的运动，而对于空间曲线则要求三个以上运动坐标协调运动，才能走出其轨迹。而插补处理，就是按照加工速度、插补周期，对加工轮廓的起点到终点之间再密集地插分出有限个坐标点，刀具沿着这些坐标点移动，来逼近理论轮廓，以保证切削过程中每一点的精度。
步骤五：启动驱动线程：驱动模块从驱动缓存区读取数据，控制机床模型部件仿真动作，同时随动显示动作对应的G代码程序段，从而实现机床随动切削仿真。
在本实施例中，由于在插补缓存区、驱动缓存区中都记录了数据与G代码程序段间的对应关系，从而实现了数据关系的传递，因此当驱动模块控制机床模型部件仿真动作时，可以快速地显示定位到对应的G代码程序段，实现随动切削的效果，真实、形象地表示基于G代码程序段的实际机床加工过程。
在本实施例中，驱动模块控制机床模型部件动作的仿真方式，是现有技术中常见的技术手段，本领域技术人员是完全可以理解实现的。
在另一个实施例中，驱动模块也可以直接控制现场机床部件动作。
在步骤一中，数控机床类型包括三轴加工中心、四轴加工中心以及五轴加工中心。
在步骤一中，零件模型是STL模型。
在步骤一中，加工毛坯是长方体、圆柱体或STL毛坯中任一种。
在步骤一中，当前调用刀具是提取出G代码文件中用到的刀具信息。
在步骤一中，编程零点是程序中的坐标系零点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，其特征在于：包括：
步骤一：配置机床组件：包括数控机床类型、配套数控系统、零件模型、加工毛坯、G代码文件、编程零点、刀具起始点以及当前调用刀具；
步骤二：启动G代码反读流程，生成语句树：加载需要校验的G代码文件，把G代码文件以程序段为单位，将G代码文件翻译成内部识别的语句树，语句树中每一个结点，对应G代码中的一个程序段，利用树的父结点与叶子结点之间的父子关系描述出程序段的作用域关系，利用树的叶子结点与叶子结点之间的兄弟关系描述出顺序程序段之间的关系，最后建立插补缓存区以及驱动缓存区；
步骤三：启动语句执行线程：遍历语句树，按照语句类型，执行各个语句，每一个执行结果都带有与G代码程序段间的对应关系，并将带有G代码程序段间对应关系的执行结果存放到插补缓存区内；
步骤四：启动插补线程：从插补缓存区中读取数据，按照加工速度以及插补周期，对加工轮廓的起点到终点之间再密集插分出有限个坐标点，完成插补处理，插补结果都带有与G代码程序段间的对应关系，并将带有G代码程序段间对应关系的插补结果存放到驱动缓存区内；
步骤五：启动驱动线程：驱动模块从驱动缓存区读取数据，控制机床模型部件仿真动作，同时随动显示动作对应的G代码程序段，从而实现机床随动切削仿真。
2.根据权利要求1所述的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，其特征在于：在步骤一中，数控机床类型包括三轴加工中心、四轴加工中心以及五轴加工中心。
3.根据权利要求1所述的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，其特征在于：在步骤一中，零件模型是STL模型。
4.根据权利要求1所述的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，其特征在于：在步骤一中，加工毛坯是长方体、圆柱体或STL毛坯中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，其特征在于：在步骤一中，当前调用刀具是提取出G代码文件中用到的刀具信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于G代码的机床随动切削仿真方法，其特征在于：在步骤一中，编程零点是程序中的坐标系零点。
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