數(shù)控技術(shù)無(wú)疑是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)中最重要的技術(shù)基礎(chǔ)，從某種意義上說(shuō)，數(shù)控技術(shù)的水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。出于技術(shù)壟斷及獨(dú)占市場(chǎng)等原因，各個(gè)廠家生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上大多是封閉的，不能進(jìn)行高可＊性的軟件擴(kuò)展。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多的數(shù)控軟件開發(fā)者都在重復(fù)研究、開發(fā)相同或相似的數(shù)控系統(tǒng)，反復(fù)設(shè)計(jì)若干基本模塊，造成了人力、物力和財(cái)力的巨大浪費(fèi)，而且由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同的數(shù)控軟件開發(fā)者開發(fā)的軟件不能互相替換，缺乏兼容性，阻礙了數(shù)控軟件的升級(jí)換代，同時(shí)也阻礙了數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)者對(duì)市場(chǎng)和用戶的快速響應(yīng)能力。 通過對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)的分析，我們?cè)O(shè)想如果把數(shù)控系統(tǒng)軟件中相同或類似的部分做成類似于硬件電子芯片的軟件芯片（Software IC，SIC）［1，2］，每一個(gè)軟件芯片具有高度的功能獨(dú)立性、易移植性、易組裝性及易擴(kuò)充性。這樣，當(dāng)我們建立新的數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，只需從芯片庫(kù)中取出所需的芯片進(jìn)行組合即可，必要時(shí)加以擴(kuò)充，使數(shù)控系統(tǒng)能夠重用，而不必從頭開發(fā)整個(gè)軟件系統(tǒng)。這樣就能改變目前數(shù)控系統(tǒng)的封閉型設(shè)計(jì)，為適應(yīng)未來(lái)車間面向任務(wù)和訂單的生產(chǎn)組織模式奠定良好的基礎(chǔ)，使底層生產(chǎn)控制系統(tǒng)的集成更為簡(jiǎn)便和有效，從而大大提高數(shù)控軟件的生產(chǎn)力和可＊性，減少生產(chǎn)成本及開發(fā)周期。這是增強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)能力，促進(jìn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)快速、高效發(fā)展的必然之路。

1數(shù)控系統(tǒng)軟件芯片的劃分

合理的芯片劃分，是開發(fā)軟件芯片的首要步驟。數(shù)控系統(tǒng)軟件芯片庫(kù)中的各芯片以界面的方式開放，通過接口參數(shù)和界面信息的提示，用戶可掌握芯片的啟動(dòng)、結(jié)束和運(yùn)作。不同芯片的內(nèi)部為黑箱封裝，外部接口開放，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)新系統(tǒng)的構(gòu)建。因此，如何定義出合理的數(shù)控系統(tǒng)軟件芯片，使芯片的外部接口易于標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，內(nèi)部易于進(jìn)行黑箱封裝，是我們開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)軟件芯片庫(kù)的關(guān)鍵步驟。

目前，盡管數(shù)控系統(tǒng)從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式千差萬(wàn)別，但是其基本原理和軟件的組成都是類似的。在對(duì)現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)［3］和用戶需求進(jìn)行仔細(xì)而全面分析的基礎(chǔ)上，同時(shí)，在總結(jié)現(xiàn)有系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的共有特征，并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)臍w類和抽象的基礎(chǔ)上，將數(shù)控系統(tǒng)劃分為以下幾個(gè)基本的功能模塊。

（1）人機(jī)交互界面模塊此模塊主要完成在系統(tǒng)運(yùn)行前和運(yùn)行中系統(tǒng)參數(shù)的修改和設(shè)定，如設(shè)定系統(tǒng)工作模式（自動(dòng)、手動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)等），圖形顯示模式，系統(tǒng)初始化設(shè)定，坐標(biāo)偏置設(shè)定，G代碼程序的編輯等。

（2）零件代碼解釋模塊負(fù)責(zé)根據(jù)用戶的系統(tǒng)配置，以及零件程序的語(yǔ)法規(guī)則對(duì)用戶編寫的零件程序進(jìn)行語(yǔ)法檢查，并進(jìn)行解釋譯碼，將源代碼指令中給出的各種信息進(jìn)行分離提取，變成各種狀態(tài)和數(shù)據(jù)，為預(yù)處理芯片提供語(yǔ)法上正確的零件程序的中間代碼。

（3）刀補(bǔ)預(yù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)解釋后的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理及插補(bǔ)前的準(zhǔn)備工作。

（4）軌跡插補(bǔ)模塊負(fù)責(zé)加減速的控制、插補(bǔ)、終點(diǎn)判別等工作，向位置控制器輸出通過軌跡運(yùn)算后的進(jìn)給量。

（5）軸伺服控制模塊在從I/O及插補(bǔ)運(yùn)算得到的信息的幫助下，通過精插補(bǔ)控制機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)按NC指令指定的路徑和速度運(yùn)動(dòng)。

（6）I/O模塊負(fù)責(zé)控制器的輸入和輸出（包括機(jī)床檢測(cè)信號(hào)及位置和相關(guān)反饋信息的輸入、控制指令的輸出等）。

以上這幾個(gè)模塊間具有互操作性、可移植性和可擴(kuò)展性，因而可作為數(shù)控軟件芯片庫(kù)的基本芯片的劃分。

2數(shù)控系統(tǒng)軟件芯片的構(gòu)建及工作原理

軟件芯片概念的提出是軟件重用發(fā)展過程中的里程碑。開發(fā)軟件芯片就是采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)把特定類中的一些通用模塊做成獨(dú)立的可重用的對(duì)象類。由于面向?qū)ο缶哂蟹庋b、分類、消息響應(yīng)和繼承等很有價(jià)值的特點(diǎn)，使得軟件芯片和系統(tǒng)其它部分的耦合度得到盡可能的降低，這為軟件芯片的開發(fā)和使用提供了可＊保證。同時(shí)，由于芯片都是對(duì)較成熟的技術(shù)進(jìn)行封裝而實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)踐上是經(jīng)過了驗(yàn)證的，也就是說(shuō)一個(gè)成熟的芯片已經(jīng)將錯(cuò)誤率降到了最低點(diǎn)，所以可以利用數(shù)控軟件芯片來(lái)構(gòu)造新的數(shù)控系統(tǒng)能最大程度地保證系統(tǒng)的可＊性。 軟件芯片的構(gòu)建就是將功能模塊的本體部分進(jìn)行黑箱封裝，使之輸入接口和輸出接口盡量簡(jiǎn)單、規(guī)范。由于C++語(yǔ)言的面向?qū)ο筇匦院头庋b性較好［4］，所以在本系統(tǒng)中將VC作為編程環(huán)境來(lái)進(jìn)行芯片本體的構(gòu)建。整個(gè)芯片是基于靜態(tài)庫(kù)創(chuàng)建的，最后生成一個(gè)Lib庫(kù)文件。所有功能的實(shí)現(xiàn)都封裝在Lib庫(kù)文件中。用戶使用時(shí)，不需要知道芯片內(nèi)部的功能（如初始化、錯(cuò)誤信息處理、數(shù)據(jù)分離）是怎樣實(shí)現(xiàn)的，只需將對(duì)應(yīng)的.Lib文件和.H文件加入到自己的系統(tǒng)中，然后依照芯片說(shuō)明提出的接口要求，通過接口參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的方法即可。接口參數(shù)和方法在Lib文件中定義為，用戶可以在外界通過它們和芯片進(jìn)行交互。就如同用戶通過硬件IC的引腳來(lái)使用芯片內(nèi)部的功能一樣。

下面就以零件程序解釋芯片為例，簡(jiǎn)述數(shù)控系統(tǒng)軟件芯片的構(gòu)建過程。

首先，對(duì)芯片的本體功能進(jìn)行分析，定義出合適的接口。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)完整的零件數(shù)控加工程序，由若干程序段組成，一個(gè)程序段又由若干個(gè)代碼字組成，最后以“；”結(jié)束。每個(gè)代碼字由文字符和數(shù)字符組成，代碼字之間用空格符隔開。

根據(jù)自上向下的原則，該部分又可劃分為以下幾個(gè)部分：

（1）詞法檢查對(duì)源程序的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼寫及位數(shù)檢查；
（2）語(yǔ)法檢查對(duì)程序段中的G代碼和其它功能碼的格式進(jìn)行檢查，如G代碼的相容性檢查等；
（3）語(yǔ)義檢查對(duì)上下文相關(guān)的錯(cuò)誤進(jìn)行檢查，如I、J、K和R不能出現(xiàn)在同一行代碼中等；
（4）譯碼將程序段的信息進(jìn)行提取，變成相應(yīng)的狀態(tài)量和數(shù)據(jù)量，存儲(chǔ)在輸出緩沖區(qū)中。

在綜合考慮數(shù)控系統(tǒng)解釋器的內(nèi)部邏輯關(guān)系和數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)上，將解釋芯片的輸入口數(shù)據(jù)定義為以字符串形式輸入的一行數(shù)控代碼段（char＊ LineStr）；輸出口數(shù)據(jù)定義為一個(gè)包含各種信息量的結(jié)構(gòu)。

輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

typedef struct｛
int Gp01;∥1組G代碼
……
int Gp15;∥15組G代碼
int N,∥程序段號(hào)
G,∥準(zhǔn)備功能
M,∥輔助功能
P,Q,L,D,H;∥其他參數(shù)字符
long T;∥刀具選擇
double F;∥進(jìn)給速度
double S;∥主軸速度
double D;∥刀具半徑
double X,Y,Z,A,B,C,I,J,K,R,U,V,W;∥尺寸字
……
BOOL bLastCmnd;最后一行指示標(biāo)志