基于FANUC數(shù)控系統(tǒng)回參考點(diǎn)程序設(shè)計(jì)及改進(jìn)*

沈鉆科

（常州劉國(guó)鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇常州 213000）

0 引言

在數(shù)控車(chē)床維修改造中遇到機(jī)床功能面板按鍵使用不當(dāng)、造成損壞、機(jī)床無(wú)法使用等情況時(shí)，更換系統(tǒng)原功能面板代價(jià)過(guò)于昂貴。為節(jié)約維修成本，使用國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的功能面板能實(shí)現(xiàn)原功能面板的效果，但更換硬件后控制機(jī)床功能的梯形圖也需要根據(jù)硬件進(jìn)行修改。本次設(shè)計(jì)以回參考點(diǎn)按鍵功能失效，更換硬件為例，設(shè)計(jì)改進(jìn)數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)梯形圖程序。

1 回參考點(diǎn)原理

數(shù)控機(jī)床參考點(diǎn)是數(shù)控系統(tǒng)用于測(cè)量機(jī)床進(jìn)給軸實(shí)際移動(dòng)距離的基準(zhǔn)位置點(diǎn)[1]。當(dāng)數(shù)控車(chē)床的位置反饋元件使用增量式的旋轉(zhuǎn)編碼器或者增量式的光柵尺時(shí)，數(shù)控車(chē)床在接通電源剛開(kāi)機(jī)時(shí)，無(wú)法確定當(dāng)前位置在機(jī)床坐標(biāo)系中的實(shí)際坐標(biāo)位置，所以必須經(jīng)過(guò)回參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，使機(jī)床到達(dá)參考點(diǎn)，從而確定機(jī)床原點(diǎn)，即刀架返回參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程[2]。只有機(jī)床參考點(diǎn)被確認(rèn)后，機(jī)床的進(jìn)給軸移動(dòng)才有基準(zhǔn)。

數(shù)控機(jī)床由于伺服系統(tǒng)類型不同，參考點(diǎn)的動(dòng)作、細(xì)節(jié)有所不同，主要可以分兩種類型，一類是閉環(huán)或半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床運(yùn)用的柵格回參考點(diǎn)法，另外一類是開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床運(yùn)用的磁開(kāi)關(guān)回參考點(diǎn)法[3]。

CKA6150數(shù)控車(chē)床（采用FUNUC Oi-TF系統(tǒng)）系統(tǒng)類型為半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)，采用增量式伺服電機(jī)，其測(cè)量元件是增量式脈沖編碼器。采用柵格回參考點(diǎn)的方法，通常也被稱作有擋塊回零[4]，機(jī)床在斷電后第一次開(kāi)機(jī)時(shí)，無(wú)法確定各軸當(dāng)前位置在機(jī)床坐標(biāo)系中的實(shí)際位置，因此每次開(kāi)機(jī)時(shí)都需要進(jìn)行回參考點(diǎn)的操作。

下面以CKA6150數(shù)控車(chē)床（采用FUNUC Oi-TF系統(tǒng)）為例，簡(jiǎn)要敘述回參考點(diǎn)的原理和過(guò)程，如圖1所示。

圖1 參考點(diǎn)返回時(shí)序圖（擋塊方式）

（1）在數(shù)控機(jī)床操作面板上找到回零（回考點(diǎn)）工作方式，將旋鈕開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至回零工作方式，然后選中并按下機(jī)床設(shè)置的伺服軸回零方向按鍵，使伺服軸按照系統(tǒng)設(shè)置好的速度移動(dòng)至參考點(diǎn)。

（2）當(dāng)接近參考點(diǎn)時(shí)，隨工作臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)的減速檔塊壓下參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)觸頭，使減速信號(hào)（*DEC1、*DEC2、*DEC3之一）由通（ON）轉(zhuǎn)為斷（OFF）狀態(tài)[5]，機(jī)床工作臺(tái)會(huì)立即減速并按參數(shù)設(shè)定的速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。減速讓運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)慣量變小，直至準(zhǔn)確地停留在參考點(diǎn)位置上。當(dāng)機(jī)床上所有的進(jìn)給軸都完成這一過(guò)程后，那么機(jī)床即完成了回參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

機(jī)床操作過(guò)程中，只要不改變滾珠絲杠與脈沖編碼器之間的相對(duì)位置或不調(diào)整參考點(diǎn)檔塊已經(jīng)校定的位置，柵格信號(hào)就會(huì)以很高的重復(fù)精度出現(xiàn)。

2 回參考點(diǎn)功能程序設(shè)計(jì)

下面以CKA6150數(shù)控車(chē)床（采用FUNUC Oi-TF系統(tǒng)）為例，介紹PMC程序的設(shè)計(jì)。

2.1 回參考點(diǎn)單鍵自鎖程序

圖2 所示為設(shè)計(jì)回參考點(diǎn)按鍵單鍵自鎖功能的PMC 控制程序。解讀單鍵自鎖程序功能如下。

（1）PMC 程序第一周期掃描執(zhí)行過(guò)程，按下回零工作方式按鍵，程序第二行輸入信號(hào)常開(kāi)觸點(diǎn)X7.5 閉合得電時(shí)，R101.1 線圈得電，PMC程序中所有R101.1 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；按照PMC程序執(zhí)行的原則，第三行R101.1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，通過(guò)R101.0 的常閉導(dǎo)通信號(hào)R101.2 線圈，R101.2 線圈得電，第四行R101.2 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，通過(guò)R101.3 的常閉觸點(diǎn)，導(dǎo)通R101.3 線圈，R101.3 線圈得電，R101.3 常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，同時(shí)R101.3 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，這時(shí)梯形圖根據(jù)從上至下逐行執(zhí)行的原則，R101.3 常閉觸點(diǎn)有變化，第一周期執(zhí)行過(guò)程結(jié)束，不會(huì)使R101.3線圈產(chǎn)生變化。本段PMC程序R101.3線圈為最后一節(jié)內(nèi)容，執(zhí)行完畢。

（2）PMC 程序第二周期掃描執(zhí)行過(guò)程，PMC 程序在第一周期掃描執(zhí)行過(guò)程中R101.1 常開(kāi)觸點(diǎn)已經(jīng)閉合，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行第二次掃描程序時(shí)，R101.0 線圈得電，程序第三行R101.0 常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使得R101.2 線圈失電，這時(shí)候務(wù)必注意數(shù)控機(jī)床PMC程序執(zhí)行速度為毫秒單位，因此操作者是否此時(shí)松開(kāi)回零工作方式按鍵，使常開(kāi)觸點(diǎn)X7.5 產(chǎn)生變化，都不會(huì)對(duì)R101.2 線圈產(chǎn)生影響；第四行R101.2 常開(kāi)觸點(diǎn)復(fù)位，R101.2常閉觸點(diǎn)復(fù)位，這時(shí)由于第一周期時(shí)R101.3 線圈得電，R101.3 常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，R101.3 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，最終R101.3 線圈實(shí)現(xiàn)自鎖。本段PMC程序設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)功能按一次按鍵當(dāng)前功能保持，再按一次按鍵功能關(guān)閉。

圖2 回參考點(diǎn)單鍵自鎖方式選擇功能

2.2 工作方式選擇程序

圖3～4所示為根據(jù)CKA6150數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)方式選擇功能的PMC控制程序。解讀方式選擇程序功能為：下面兩段PMC程序不受期掃描周期影響其執(zhí)行過(guò)程，圖2 通過(guò)輸入信號(hào)X1.2、X1.3、X1.4 常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)組合可實(shí)現(xiàn)分別導(dǎo)通手動(dòng)R100.0、自動(dòng)R100.1、手動(dòng)編輯（MDI）R100.2、存儲(chǔ)器編輯R100.3、手搖R100.4五個(gè)信號(hào)[5]，輸入信號(hào)X1.2、X1.3、X1.4通過(guò)相互之間地通過(guò)硬件結(jié)構(gòu)上，先后接觸導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)上面5種信號(hào)不能同時(shí)得電。

圖3 方式選擇撥扭信號(hào)

如圖4 所示，R 信號(hào)線圈得電后，導(dǎo)通G 信號(hào)（G0043.3～G0043.3，G0043.5，G0043.7）到CNC，數(shù)控系統(tǒng)工作方式的功能實(shí)現(xiàn)最終是將FANUC定義的方式功能G信號(hào)導(dǎo)通。G信號(hào)方式選擇組合信號(hào)如表1所示。

圖4 方式選擇信號(hào)

表1 方式選擇信號(hào)

2.3 進(jìn)給軸正負(fù)方向選擇

圖5 所示為根據(jù)CKA6150 數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)進(jìn)給軸正負(fù)方向選擇功能的PMC 控制程序，解讀進(jìn)給軸正負(fù)方向選擇功能：本段PMC程序不受期掃描周期影響其執(zhí)行過(guò)程，坐標(biāo)軸方向按鍵輸入信號(hào)X0.5、X1.0、X1.1、X0.6 常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)互鎖組合可實(shí)現(xiàn)分別導(dǎo)通進(jìn)給軸方向信號(hào)G100.0、G100.1、G102.0、G102.1，以及按鍵指示燈信號(hào)Y0.5、Y1.0、Y1.1、Y0.6。

綜上所述，通過(guò)3 段PMC 程序功能，最終實(shí)現(xiàn)了CKA6150 數(shù)控車(chē)床進(jìn)給軸回參考點(diǎn)的功能，達(dá)到了程序設(shè)計(jì)要求。

圖5 回參考點(diǎn)方向選擇PMC程序

3 回參考點(diǎn)程序改進(jìn)設(shè)計(jì)

CKA6150 數(shù)控車(chē)床回參考點(diǎn)功能程序在后期實(shí)際運(yùn)行調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床開(kāi)機(jī)回零后，操作人員必須全程按住機(jī)床操作面板上的方向鍵，手一松開(kāi)方向按鍵，回參考點(diǎn)功能無(wú)法完成，操作步驟比較繁瑣。針對(duì)以上PMC程序進(jìn)行功能二次開(kāi)發(fā)，在不改變大功能的結(jié)構(gòu)下，單獨(dú)對(duì)回參考點(diǎn)方向的選擇程序進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)要求能達(dá)到按下回參考點(diǎn)方向鍵，手松開(kāi)后機(jī)床仍能自動(dòng)返回參考點(diǎn)的功能。

圖6 所示為優(yōu)化設(shè)計(jì)后的PMC 程序。在程序設(shè)計(jì)中，使用平時(shí)會(huì)被編程設(shè)計(jì)人員忽視的F信號(hào)。F信號(hào)是由CNC內(nèi)部發(fā)出傳送到PMC的信號(hào)，該種信號(hào)由CNC廠家設(shè)定，PMC編程人員只可使用不可更改，查閱資料PMC信號(hào)指令表中有回零結(jié)束信號(hào) F94.0、F94.1、F94.2、F94.3 的功能[6]。F94.0 為X+回零結(jié)束信號(hào)；F94.1 為Z+回零結(jié)束信號(hào)，其對(duì)應(yīng)的G 信號(hào)分別為G100.0 和G100.1；F4.5 為手動(dòng)回零方式確認(rèn)信號(hào)，查閱資料PMC功能指令表中有置位（S）和復(fù)位（F）功能指令，本次設(shè)計(jì)將運(yùn)用以上指令。

圖6 回參考點(diǎn)方向選擇改進(jìn)PMC程序

解讀回零功能：本段PMC程序不受期掃描周期影響其執(zhí)行過(guò)程，當(dāng)回零信號(hào)選通時(shí)按下X+，則X0.5導(dǎo)通R150.0置位線圈，使R150.0 保持得電在手動(dòng)方式下（R100.0 得電）保持G100.0得電。當(dāng)機(jī)床X軸回到零位時(shí)，F(xiàn)94.0的常開(kāi)導(dǎo)通，復(fù)位 R150.0 線圈得電使 G100.0 失電 X 軸回零結(jié)束。Z 軸與 X 軸原理相同，此種方法避免了機(jī)床在使用過(guò)程中出現(xiàn)報(bào)警后，無(wú)法二次回零的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，實(shí)現(xiàn)了CKA6150 數(shù)控車(chē)床進(jìn)給軸回參考點(diǎn)的功能，達(dá)到了程序設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文數(shù)控系統(tǒng)回參考點(diǎn)程序的設(shè)計(jì)及改進(jìn)，解決了數(shù)控機(jī)床在維修更換硬件后，原有梯形圖程序和硬件不匹配，數(shù)控系統(tǒng)無(wú)法正常工作的問(wèn)題。在原梯形圖的基礎(chǔ)上，將機(jī)床回參考點(diǎn)功能進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了按下回參考點(diǎn)按鈕，數(shù)控機(jī)床能自動(dòng)回參考點(diǎn)的功能，提高了機(jī)床及操作人員的工作效率，使數(shù)控車(chē)床功能顯得現(xiàn)代化，滿足了現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的實(shí)際需求。