一种面向多任务多通道的数控系统软件设计

0 引言

　　近年来，国内的数控产业发展态势良好，用户对产品的复杂度、加工精度、加工效率要求越来越高，对投资成本的控制愈加严格。一些多任务机床如车铣复合机床、双刀架的车床及多工位的铣槽机床等逐渐成为数控机床用户的首选。目前此类机床基本由机床公司或机床用户联合数控厂家进行定制开发，这种专机具有精简高效的特点。但是，这种的定制周期一般很难得到有效的控制，甚至某些定制任务会因旧软件框架的开放性不足而失败;部分定制成功的系统由于过于精简，功能固定、柔性不足，为机床用户后续的产品调整以及数控厂家的系统维护带来了极大的麻烦。另外，部分机床用户通过投入大量资金购买国外高档数控系统来应付复杂加工的要求，这对国内的制造业，尤其是国防工业有很大不利因素。

　　国外的多功能机床应用形式多样，一些国外高档数控系统厂家如Siemens840D或Fanuc30得提出了通道控制或路径控制的概念。多通道控制中，通道与笛卡尔坐标空间是一一对应的。多通道数控系统与多任务数控系统的区别在于，一般多通道数控系统是针对同一个零件的多个工序在同一台数控系统上的加工，加工时通道间一般具有时间或距离上的关联性:而多任务数控系统则可以完成不同工艺的多个工件在同一台数控机床上的加工任务，任务间一般不具有关联性。多任务多通道数控系统其特点在于:

　　(1)加工范围广:能够完成传统功能单一的数控系统所不能完成的任务，比如双刀架(双主轴)数控车等;

　　(2)加工效率高:能够在符合加工工艺的前提下，将传统串行的工序并行化，比如同时进行车端面与铣键槽的工作;

　(3)加工精度高:能够在不更换夹具的情况下，先后完成粗车、精车以及磨削加工;

　(4)可重组性高:通过搭配不同结构的数控机床，能够在一台多功能数控系统上进行合理的配置后实现不同的加工控制，甚至可以实现在线测量任务与在线搬运任务，类似于三坐标测量机与机器手功能的复合;

　　(5)用户投资少:与传统的多个机床完成同一多工位的加工方案和FNIS相比，其机床占地面积及用户投资也减少了。

　　多任务数控系统软件的设计关键在于多任务数控系统中数据层的映射关系，人机界面的清晰及友好，解释器中对多通道代码符号的辨识，在核心控制层中对多任务、多通道的控制调度等。本文主要从系统软件设计的角度介绍多任务数控系统的几个重要的方面。文章第二部分介绍了软件的整体设计，具体包括多任务数控模块的层次，以及轴组件及PMC组件数据库的建立与映射;模块设计部分包括多任务界面模块设计、解释器扩充设计以及多任控制状态切换设计。最后，文章第三部分通过对一个多工位的双主轴交换的切削的在线仿真与实际加工验证该设计方案的正确性。