0 引言

　　數(shù)控技術(shù)作為機(jī)電一體化技術(shù)中的一個(gè)重要分支。它的發(fā)展水平直接決定著一個(gè)國(guó)家裝備造業(yè)的水平，同時(shí)也影響著其它眾多領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展水平，因此是國(guó)家發(fā)展中具有戰(zhàn)略地位的技術(shù)。從微觀層面上講，數(shù)控機(jī)床本身就是集機(jī)械、電子、液壓和氣壓等關(guān)鍵技術(shù)為一體的自動(dòng)化應(yīng)用設(shè)備，要讓機(jī)床準(zhǔn)確按照操作人員的指令完成工件加工，除了準(zhǔn)確的零件加上程序外，控制機(jī)床各個(gè)動(dòng)作的PLC程序也至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上普遍使用的FANUC 0i系統(tǒng)是面向機(jī)床控制的專用PLC裝置，與傳統(tǒng)PLC既有相同的地方．也有很多特殊的控FANUCPMC的控制原理和普通PI。C相同的是，采用循環(huán)掃描工作方式對(duì)輸入點(diǎn)進(jìn)行采樣，經(jīng)過程序邏輯處理后，輸出給外圍電氣執(zhí)行動(dòng)作。而它們的區(qū)別是，對(duì)于PMC在數(shù)控車床的應(yīng)用來(lái)說(shuō)信號(hào)地址可以分成大類：機(jī)床與PMC間的信號(hào)(X、Y)和數(shù)控系統(tǒng)與PMC間的信號(hào)(G、F)。

　　FANUC PMC的信號(hào)種類如圖1所示。G、F地址由系統(tǒng)廠家確定，編程人員只可使用，不可改變或增刪。機(jī)床操作面板上的按鍵信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)(如機(jī)床工作模式的設(shè)定、進(jìn)給倍率的設(shè)定、主軸倍率的設(shè)定和進(jìn)給軸的選擇等信號(hào))都是通過PMC的x地址輸入到PMC。而機(jī)床的工作狀態(tài)和某些控制信號(hào)(如機(jī)床操作面板上的指示燈、刀架的換刀與鎖緊、主軸的正反轉(zhuǎn)等信號(hào))都是通過PMC的Y地址輸出到機(jī)床的。由程序設(shè)計(jì)員編寫的PMC程序，對(duì)機(jī)床輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后通過G地址由PMC輸入到系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)通過F地址由系統(tǒng)輸出到PMC。只有少數(shù)高速信號(hào)(如機(jī)床回零減速信號(hào)、機(jī)床急停信號(hào)等)是通過x地址直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)，而不通過PMC，以此來(lái)提高響應(yīng)速度。PMC掃描過程如圖2所示。在PMC執(zhí)行掃描過程中第1級(jí)程序每8 ms執(zhí)行1次，而第2級(jí)程序在向CNC的調(diào)試RAM中傳送時(shí)，第2級(jí)程序根據(jù)程序的長(zhǎng)短被自動(dòng)分剖成n等分，每8ms中掃描完第1級(jí)程序后，再依次掃描第2級(jí)程序，所以整個(gè)PMC的執(zhí)行周期是n×8ms。

圖1 FANUC PMC的信號(hào)種類
 

2 典型控制程序設(shè)計(jì)

　　實(shí)踐過程中，發(fā)現(xiàn)PMC對(duì)通用型臥式數(shù)控車床的控制一般都包含這些方面：機(jī)床工作方式、急停、切削倍率、主軸倍率、主軸電機(jī)、輔助功能、冷卻電機(jī)、刀架電機(jī)和潤(rùn)滑電機(jī)等。通過以下幾項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)，可發(fā)現(xiàn)FANUC系統(tǒng)的PMC控制原理。

　　2.1 機(jī)床工作方式的控制

　　數(shù)控車床工作方式包括編輯方式、自動(dòng)方式、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入方式(MDI)、手輪方式和回零方式。為了準(zhǔn)確地切換方式，采用數(shù)字式波段開關(guān)作為信號(hào)輸入點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)。機(jī)床工作狀態(tài)由系統(tǒng)的PMC信號(hào)G信號(hào)通過組合來(lái)確定，機(jī)床工作方式梯形圖如圖3所示。系統(tǒng)工作狀態(tài)與信號(hào)的組合按表l進(jìn)行控制。表1中的“1”為信號(hào)接通，“0”為信號(hào)斷開。圖3中X0.0，X0．1，X0.2，X0.3四個(gè)輸入信號(hào)代表面板波段開關(guān)的輸入信號(hào)。G43.0，G43.1，G43.2，G43.5，G43.7分別對(duì)應(yīng)于MD1，MD2，MD4，ZRN，DNCI信號(hào)。程序設(shè)計(jì)的原理是通過將波段開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中的輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，然后輸出對(duì)應(yīng)的G信號(hào)給數(shù)控系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)工作方式叨換。

圖3機(jī)床工作方式梯形圖 

　　2.2 G01速度倍率的處理

　　加工過程中，操作人員根據(jù)工況調(diào)整加工速度，在程序不修改的條件下，倍率旋鈕的調(diào)節(jié)頗為重要。速度倍率功能的設(shè)計(jì)，采用了一個(gè)倍率旋轉(zhuǎn)開關(guān)，通過進(jìn)給速度倍率開關(guān)選擇百分比(％)來(lái)增加或減少編程進(jìn)給速度，切削進(jìn)給速度倍率信號(hào)共有8位二進(jìn)制編碼信號(hào)(倍率值在0～254％內(nèi)以1％為單位選擇)，G01速度倍率控制梯形圖如圖4所示。FANUC 0i系統(tǒng)切削進(jìn)給速度倍率信號(hào)地址為G12。倍率開關(guān)采用數(shù)字式波段開關(guān)，倍率開關(guān)的輸入信號(hào)地址為X1.0，X1.1，X1.2，X1.3，通過代碼轉(zhuǎn)換指令CODB把開關(guān)位置指定表格的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)值傳送至G12中。由于切削進(jìn)給速度倍率信號(hào)為負(fù)邏輯控制，所以表格數(shù)據(jù)用負(fù)數(shù)表示，負(fù)數(shù)在二進(jìn)制中以補(bǔ)碼表示，倍率值為0～150％。

圖4 G01速度倍率控制梯形圖

3 PMC的故障診斷方法

　　由PMC控制的輸入輸出故障是數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中最常見的故障。利用PMC進(jìn)行故障診斷，首先要找出各個(gè)故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)輸入輸出信號(hào)，進(jìn)而查詢梯形圖中的邏輯處理，“順藤摸瓜”地一步步往上查。最終確定故障原因。如圖5所示，操作人員按機(jī)床面板+X按鈕想讓刀架往+X方向運(yùn)行，但機(jī)床不動(dòng)。對(duì)于這類故障，一般的診斷流程是3種：

　　3.1 打開梯形圖界面。搜索信號(hào)G10 0.0

　　G10 0.0是發(fā)動(dòng)給數(shù)控系統(tǒng)的+X方向控制信號(hào)，在線診斷該信號(hào)顯示為低電平，沒有輸出，說(shuō)明信號(hào)R203.1沒有導(dǎo)通。

　　3.2 查R203.1線圈信號(hào)

　　按如圖6所示的檢索情況，發(fā)現(xiàn)按動(dòng)面板+X按鈕信號(hào)X29．4無(wú)變化，則輸入信號(hào)沒有接收到。

　　3.3 查機(jī)床電氣原理圖

　　機(jī)床電氣原理圖詳細(xì)繪制了機(jī)床各個(gè)模塊之間的連接關(guān)系，是機(jī)床維修人員的重要工具。通過查找測(cè)量，發(fā)現(xiàn)+X運(yùn)行失效的原因是面板后面的控制信號(hào)線斷線，經(jīng)過處理故障排除。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　數(shù)控機(jī)床是集成度較高的自動(dòng)化系統(tǒng)。通過對(duì)具體問題的分析，可以發(fā)現(xiàn)通過研究數(shù)控機(jī)床PLC程序，一方面有助于數(shù)控機(jī)床故障的定位。特別是在定位數(shù)控機(jī)床外圍故障上，這種方法有著積極的作用；另一方面可以通過修改PMC程序和參數(shù)來(lái)修正、改善數(shù)控機(jī)床的功能，提高數(shù)控機(jī)床的性能。 

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