FANUC系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床安全門(mén)鎖功能的實(shí)現(xiàn)

韋永書(shū)，張 曉，吳志良，潘懋釗

（柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)有很多種，常用的有西門(mén)子系統(tǒng)、發(fā)那科系統(tǒng)、三菱系統(tǒng)、海德漢系統(tǒng)、廣數(shù)系統(tǒng)。每種控制系統(tǒng)的功能命令雖然有差別，但是它們的原理都是一樣的，都由NC系統(tǒng)塊、伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電機(jī)、輸入輸出模塊等構(gòu)成。NC系統(tǒng)塊的控制大腦由PMC梯形圖、各類(lèi)數(shù)據(jù)參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)等組成。隨著數(shù)控機(jī)床的普及使用和對(duì)安全方面的較高要求，有必要深入研究每個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理，以便可以根據(jù)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造完善，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用需求。在此，本文以一臺(tái)FANUC系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床增加安全門(mén)鎖功能的實(shí)現(xiàn)為例，深入剖析了一些功能命令的使用原理。

1NC系統(tǒng)的操作與編輯

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編輯，首先要取得電腦編輯軟件與NC系統(tǒng)之間的通訊或轉(zhuǎn)接的介質(zhì)，在編輯系統(tǒng)前要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行備份，編輯好后的PMC要拷貝到系統(tǒng)中。通訊的方法有很多種，常用的有通過(guò)數(shù)據(jù)線通訊、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口通訊。轉(zhuǎn)接的方法一般有兩種，一種是通過(guò)USB接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行備份或者恢復(fù)，一種是通過(guò)PC ATA卡進(jìn)行備份或者恢復(fù)。下面是FANUC系統(tǒng)用CF卡備份或恢復(fù)數(shù)據(jù)的具體操作及PMC的編輯。

1.1 FANUC系統(tǒng)數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)

（1）FANUC系統(tǒng)中加工程序、參數(shù)、螺距誤差補(bǔ)償、宏程序、PMC程序、PMC數(shù)據(jù)，在機(jī)床不使用時(shí)是依靠控制單元上的電池進(jìn)行保存的，如發(fā)生NC電池沒(méi)電，或其他意外，會(huì)導(dǎo)致這些數(shù)據(jù)的丟失。因此，有必要做好這些數(shù)據(jù)的備份工作，一旦數(shù)據(jù)丟失，可以通過(guò)恢復(fù)這些數(shù)據(jù)的辦法，保證機(jī)床的正常運(yùn)行。

（2）數(shù)控系統(tǒng)的啟動(dòng)和計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)一樣，會(huì)有一個(gè)引導(dǎo)的過(guò)程，此時(shí)需要將一張PC ATA卡插入顯示器左側(cè)的存儲(chǔ)卡插槽中。同時(shí)按住顯示器下面最右邊兩個(gè)軟鍵或同時(shí)按住MDI鍵中的6和7兩個(gè)軟鍵，持續(xù)按住這兩個(gè)鍵時(shí)接通NC電源，直至顯示BOOT系統(tǒng)菜單畫(huà)面[1]。

BOOT系統(tǒng)的菜單和作業(yè)內(nèi)容如圖1所示。

圖1BOOT系統(tǒng)菜單

（3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)選擇“5、SRAM DATA BACKUP”，出現(xiàn)一個(gè)子菜單：

1）SRAM BACKUP（CNC→MEMORY CARD）數(shù)據(jù)備份

2）RESTORE SRAM （MEMORY →CARD CNC）數(shù)據(jù)恢復(fù)

（4）PMC梯形圖及 PMC參數(shù)的備份選擇“4、SYSTEM DATA SAVE”，出現(xiàn)一個(gè)子菜單，通過(guò)按向下方向鍵直至出現(xiàn)PMC1.000，按SELECT選擇鍵，等待幾秒鐘按YES按鍵，然后退出。PMC備份完畢。PMC 的恢復(fù)選擇“1、SYSTEM DATA LOADING”，然后選擇PMC1.000，按SELECT選擇鍵，等待幾秒鐘按YES按鍵，然后退出。PMC恢復(fù)完畢。

1.2 PMC的編輯

（1）PMC程序的編輯一般在電腦軟件上編寫(xiě)完成后，再拷貝到系統(tǒng)中調(diào)式。有些廠家為了保護(hù)PMC不被隨意修改，對(duì)PMC進(jìn)行了加密處理，此時(shí)需要破解密碼，輸入編輯密碼才能進(jìn)行編輯操作。

（2）但是存儲(chǔ)卡備份的PMC梯形圖為存儲(chǔ)卡格式的PMC（后綴.000.001等），由于其為機(jī)器語(yǔ)言格式，不能由計(jì)算機(jī)的Ladder 3（計(jì)算機(jī)格式.LAD）直接識(shí)別和讀取并進(jìn)行修改和編輯，所以必須進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。同樣，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上編輯好的PMC程序也不能直接存儲(chǔ)到M-CARD上，也必須通過(guò)格式轉(zhuǎn)換，然后才能裝載到 CNC 中[1，3]。

（3）編輯完成后的PMC程序裝載到CNC中調(diào)式，調(diào)式的過(guò)程中會(huì)遇到一些小問(wèn)題，此時(shí)可以直接在CNC系統(tǒng)中修改程序，然后繼續(xù)調(diào)式至預(yù)期的效果。在系統(tǒng)中直接修改PMC程序時(shí)需要對(duì)編輯相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置才能編輯。編輯參數(shù)分為兩個(gè)步驟進(jìn)行設(shè)置，首先在MDI模式下，數(shù)次按“OFFSET SETTING”鍵，顯示SETTING的便捷畫(huà)面，把“參數(shù)寫(xiě)入”有“0”改成“1”，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)“報(bào)警 100”，如需要解除報(bào)警，可同時(shí)按“CAN”鍵和“RESET”鍵；其次按“SYSTEM”鍵，找到PMC配置畫(huà)面，選擇進(jìn)入PMC設(shè)定畫(huà)面，將編輯許可、編輯后保存、RAM可寫(xiě)入、PMC停止許可、編程器功能有效切換到“是”。然后就可以對(duì)PMC程序進(jìn)行在線編輯了[1]。

2FANUC LADDER-III6.3軟件的應(yīng)用

2.1 存儲(chǔ)卡格式與計(jì)算機(jī)格式的轉(zhuǎn)換

2.1.1 M-CARD格式（后綴.000.001等）->計(jì)算機(jī)格式（.LAD）

（1）運(yùn)行LADDERⅢ軟件，在該軟件下新建一個(gè)類(lèi)型與備份的M-CARD格式的PMC程序類(lèi)型相同的空文件。

（2）選擇FILE中的IMPORT（即導(dǎo)入 M-CARD格式文件），軟件會(huì)提示導(dǎo)入的源文件格式，選擇MCARD格式即可。執(zhí)行下一步找到要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的MCARD格式文件，按照軟件提示的默認(rèn)操作一步步執(zhí)行即可將M-CARD格式的PMC程序轉(zhuǎn)換成計(jì)算即可，直接識(shí)別的.LAD格式文件，這樣就可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行修改和編輯操作了[1]。

2.1.2 計(jì)算機(jī)格式（.LAD）->M-CARD格式

（1）當(dāng)把計(jì)算機(jī)格式（.LAD）的PMC轉(zhuǎn)換成MCARD格式的文件后，可以將其存儲(chǔ)到M-CARD上，通過(guò)M-CARD裝載到CNC中，而不用通過(guò)外部通訊工具（例如：RS-232-C或網(wǎng)線）進(jìn)行傳輸。在LADDERⅢ軟件中打開(kāi)要轉(zhuǎn)換的PMC程序。現(xiàn)在TOOL中選擇COMPILE將該程序進(jìn)行編譯成機(jī)器語(yǔ)言，如果沒(méi)有提示錯(cuò)誤，則編譯成功，如果提示有錯(cuò)誤，要退出修改后重新編譯，然后保存，再選擇FILE中的EXPORT[1]。

（2）在選擇EXPORT后，軟件提示選擇輸出的文件類(lèi)型，選擇M-CARD格式。確定M-CARD格式后，選擇下一步指定文件名，按照軟件提示的默認(rèn)操作即可得到轉(zhuǎn)換了格式的PMC程序，注意該程序的圖標(biāo)是一個(gè)WINDOWS圖標(biāo)（即操作系統(tǒng)不能識(shí)別的文件格式，只有FANUC系統(tǒng)才能識(shí)別）[1]。轉(zhuǎn)換好的PMC程序即可通過(guò)存儲(chǔ)卡直接裝載到CNC中。

2.2 PMC功能命令表及應(yīng)用舉例

PMC功能命令有66種，本文就幾個(gè)常用的功能命令表做簡(jiǎn)單介紹。

（1）二進(jìn)制譯碼

程序中指令的輔助功能，由NC把讀取的內(nèi)容通知PMC，在機(jī)床側(cè)執(zhí)行動(dòng)作。此時(shí)，NC處于等待機(jī)床側(cè)動(dòng)作的狀態(tài)，利用每個(gè)動(dòng)作的結(jié)束，NC一次執(zhí)行下面的動(dòng)作（程序段）。因?yàn)镹C是用二進(jìn)制碼把指令的內(nèi)容輸送到PMC的，所以要使用PMC的二進(jìn)制譯碼功能命令對(duì)二進(jìn)制進(jìn)行譯碼[2]。譯碼處理流程如圖2所示。

圖2 譯碼處理流程

（2）子程序指令

子程序指令包括子程序調(diào)用和子程序開(kāi)始結(jié)束指令[2]，如圖3所示。

圖3 子程序調(diào)用和子程序開(kāi)始結(jié)束指令

（3）前沿檢測(cè)SUB 57 DIFU[2]，如圖4所示。

前沿檢測(cè)即上升沿檢測(cè)信號(hào)，可以利用此功能編寫(xiě)一段程序，實(shí)現(xiàn)用一個(gè)外部按鈕控制一對(duì)動(dòng)作，如圖4所示。

圖4 前沿檢測(cè)

2.3 PMC控制程序的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 數(shù)控機(jī)床的功能要求及接線（1）根據(jù)安全門(mén)鎖的功能要求，實(shí)現(xiàn)如下功能：手動(dòng)開(kāi)門(mén)：在JOG方式下，按下開(kāi)門(mén)按鈕，門(mén)鎖脫扣，指示燈快速閃爍?？梢源蜷_(kāi)門(mén)。

關(guān)門(mén)：用手拉動(dòng)，使門(mén)合上，門(mén)鎖扣自動(dòng)上鎖，指示燈常亮。

自動(dòng)開(kāi)門(mén)：在MEM，或MDI方式下運(yùn)行M31，門(mén)鎖脫扣，指示燈快速閃爍?？梢源蜷_(kāi)門(mén)。

保護(hù)功能：在防護(hù)門(mén)未上鎖的狀態(tài)下，手動(dòng)軸進(jìn)給、主軸運(yùn)行、自動(dòng)程序?qū)⒈唤?；在手輪方式下可以移?dòng)軸。

（2）I/O定義

Y1.7=1門(mén)鎖開(kāi)啟；

X7.6=1門(mén)鎖扣到位；

X11.0=1門(mén)鎖扣鎖定；

R722.5=1手動(dòng)開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)按鈕；

R734.5=1門(mén)鎖定LED燈；

K0.2=1護(hù)門(mén)功能啟用。

2.3.2 PMC程序的的實(shí)現(xiàn)

（1）將程序?qū)氲紽ANUC LADDER-III6.3軟件中進(jìn)行編輯，首先在主程序結(jié)束前加一段子程序有條件調(diào)用SUB65 CALL指令，如圖5所示建立的子程序。

圖5 子程序的建立

（2）然后在子程序編輯控制程序，如圖6。

圖6 控制程序

（3）要實(shí)現(xiàn)安全門(mén)鎖的全部功能，還要在主程序中修改程序，增加一些條件。編輯完成后將程序?qū)隢C系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)式，調(diào)式的過(guò)程中可能需要在線修改程序，以達(dá)到要求的功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床的改造需要熟練掌握軟件和硬件知識(shí)，這里以FANUC系統(tǒng)為例深入剖析了從軟件到硬件的具體實(shí)現(xiàn)方法和步驟，可以根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的具體功能，自主改造設(shè)備，此類(lèi)方法可以擴(kuò)展到其他數(shù)控系統(tǒng)的改造升級(jí)。