基于PMC控制程序的FANUC系列三軸立式加工中心超程故障之分析

陳 娟

（九江職業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，江西 九江 332009）

目前，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的數(shù)控操作系統(tǒng)有：日本FANUC、三菱，德國西門子、海德曼及臺灣新代等。得益于東方式的設(shè)計理念、友好的人機交互體驗及可靠的操作性能，日本FANUC數(shù)控系統(tǒng)機床在國內(nèi)的使用非常廣泛。

一、FANUC系列加工中心的基本結(jié)構(gòu)

三軸立式加工中心主要由數(shù)控系統(tǒng)、電氣控制裝置、刀庫和機械手、機床本體以及其他諸如冷卻循環(huán)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等輔助裝置組成。

其中，本文討論的數(shù)控裝置是基于日本FANUC公司推出的0i_MD系統(tǒng)搭建的，主要包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動器以及伺服電機等組成，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，使用廣泛[1]（33）。

加工中心刀庫一般分為盤式和鏈?zhǔn)絻煞N，前者刀具容量較小，最多可以容納24把刀具，應(yīng)用于中小型加工中心；后者最多可以一次性安裝100把刀具，常用于大型加工中心。

機床本體則包括機床床身基座、立柱和主軸等，一般由國內(nèi)設(shè)備制造商提供，目前常見的機床設(shè)備制造商有沈陽機床廠、大連機床廠和北京第一機床廠等。

二、超程部分的PMC程序設(shè)計

作為精密機械加工設(shè)備，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)數(shù)控加工中心的操作基本上都是由PMC控制的，因此如果想要從根本上控制軟硬件超程的發(fā)生，就必須分析PMC控制系統(tǒng)程序的工作原理，擬從中找到PMC程序設(shè)計的方法來規(guī)避超程現(xiàn)象的發(fā)生[2]（52）。

具體PMC控制程序梯形圖設(shè)計如下：

網(wǎng)絡(luò)1：輸入為三個軸的限位開關(guān)（行程開關(guān)），若碰到三個軸中任意一軸的限位開關(guān)時，中間繼電器 R0203.0為 1。

網(wǎng)絡(luò) 2：F003.0為增量進給選擇檢測信號，F(xiàn)003.1為手輪進給選擇檢測信號，F(xiàn)003.2為手動連續(xù)進給選擇檢測信號，F(xiàn)004.5為選擇手動返回參考點確認(rèn)信號。當(dāng)系統(tǒng)選擇這四種工作方式的一種時，中間繼電器R0203.7為1。

本系統(tǒng)還有四種工作方式，分別為：F003.3選擇手動數(shù)據(jù)輸入檢測信號，F(xiàn)003.4選擇DNC（分布式數(shù)控）運轉(zhuǎn)確認(rèn)信號，F(xiàn)003.5選擇自動運行檢測信號，F(xiàn)003.6存儲器編輯選擇檢測信號。

網(wǎng)絡(luò)3：當(dāng)碰到四個軸的任意一個軸的限位開關(guān)時，R0203.0 為 1，R0203.1 為 1，R0203.2 為 1，下一個周期到來時將R0203.1復(fù)位為0。

網(wǎng)絡(luò)4-5：當(dāng)X009.4為1，即碰到X軸的限位開關(guān)時，R0203.1瞬間為 1，當(dāng)系統(tǒng)為 F003.0、F003.1、F003.2、F004.5四種工作方式的一種時，R0203.3為1。常開觸點與R0203.1常閉串聯(lián)，等下一周期到來時，R0203.1復(fù)位，起到保持作用。此段程序意為：當(dāng)碰到X軸的限位開關(guān)時，如果系統(tǒng)是F003.0、F003.1、F003.2、F004.5 四種工作方式的一種工作模式，則R0203.3為1。

網(wǎng)絡(luò)6-8：X0010.4為正方向信號，與R0203.3串聯(lián)表示X軸正超程。G0100.0表示X軸正超程報警信號。上一行程序意為：在JOG或INC方式下，碰到X軸限位開關(guān)，且為正方向信號，則G0100.0為1，X軸正超程報警。F0094.0為返回X軸（1軸）參考點完成信號。K參數(shù)自行設(shè)置1或0，即為0時，設(shè)定-X軸方向允許移動。下一行程序功能是解除報警，分析如下：系統(tǒng)調(diào)至F004.5（手動回參考點模式），則F003.2和F003.0都為0，上一行程序無法接通G0100.0，但此時還未解除報警，報警信號G0100.0應(yīng)該處于繼續(xù)得電狀態(tài)，通過故X009.4與F004.5繼續(xù)接通G0100.0。在面板上設(shè)置K0010.0為0（允許負(fù)方向移動機床），手動返回參考點，當(dāng)返回參考點完成時，F(xiàn)0094.0為1，斷開G0100.0，停止報警[3]（21）。

網(wǎng)絡(luò)9：X0010.6為負(fù)方向信號，與R0203.3串聯(lián)表示X軸負(fù)超程。G0102.0表示X軸負(fù)超程報警信號。上一行程序意為：在JOG或INC方式下，碰到X軸限位開關(guān)，且為負(fù)方向信號，則G0102.0為1，X軸負(fù)超程報警。系統(tǒng)K參數(shù)自行設(shè)置1或0，即為1時，設(shè)定+X軸方向允許移動。下一行程序功能是解除報警，系統(tǒng)調(diào)至F004.5手動回參考點模式，則F003.2和F003.0都為0，上一行程序無法接通G0102.0，但此時仍應(yīng)報警，故X009.4與 F004.5繼續(xù)接通G0102.0。在面板上設(shè)置K0010.0為1（允許正方向移動機床），手動返回參考點，當(dāng)返回參考點完成時，F(xiàn)0094.0為1，斷開G0102.0，停止報警。

網(wǎng)絡(luò)10-13：這幾段程序分別是Y軸正超程、Y軸負(fù)超程，Z軸正超程、Z軸負(fù)超程對應(yīng)輸出G信號的得電情況和解除報警操作過程，與X軸正超程和X軸負(fù)超程報警分析情況類似，故此處從略。

網(wǎng)絡(luò) 14：R9091.5：200ms 閃爍，R9091.6：500ms閃爍。Y0009.4為X軸超程報警燈。在手動連續(xù)進給或手輪進給模式下，碰到X軸極限開關(guān)，報警燈常亮。當(dāng)系統(tǒng)在回參考點過程中出現(xiàn)X軸正方向或負(fù)方向超程情況時，報警燈以200ms頻率閃爍，當(dāng)回到參考點時，報警燈常亮。如果沒有碰到X軸限位開關(guān)，G0100.0和G0102.0為0，但系統(tǒng)處于手動回參考點模式，則報警燈以500ms的頻率閃爍，當(dāng)回到參考點時，報警燈常亮。再將系統(tǒng)運行方式調(diào)至其他模式，報警燈熄滅[4]（143）。這段程序解釋了 X 軸報警指示燈在不同狀態(tài)對應(yīng)的超程報警情況。

網(wǎng)絡(luò)15-16：這兩段程序是Y、Z兩個軸報警指示燈的不同狀態(tài)對應(yīng)的超程報警情況。與X軸狀態(tài)和情況相同，從略。

網(wǎng)絡(luò)17-18：當(dāng)三軸之一出現(xiàn)正超程時，Y0010.4報警指示燈亮。當(dāng)三軸之一出現(xiàn)負(fù)超程時，Y0010.6報警指示燈亮。

三、超程報警的解決方案

以下擬給出兩種情況下的超程報警的判斷方法和處理方案。

（一）X軸超程報警燈長亮

判斷方法：通過網(wǎng)絡(luò)14的PMC程序可以判斷出，當(dāng)碰到行程開關(guān)（限位開關(guān)）時，對應(yīng)報警燈常亮。查詢PMC發(fā)現(xiàn)輸出信號G0102.0接通，說明出現(xiàn) X 軸負(fù)方向超程[5]（73）。

解決方法：將導(dǎo)軌上防護罩拆開，手動轉(zhuǎn)動絲杠，使得X軸往正方向移動，釋放X軸負(fù)限位開關(guān)。再按住超程解除按鈕+快速移動（或手輪）工作模式，使工作臺正向移動回參考點，解除報警。

（二）在回參考點系統(tǒng)過程中Z軸超程報警燈快速閃爍

判斷方法：通過網(wǎng)絡(luò)15可以分析出，當(dāng)系統(tǒng)在回參考點過程中如果出現(xiàn)超程情況則報警燈以200ms（5HZ）的頻率快速閃爍。查看網(wǎng)絡(luò)15的PMC程序發(fā)現(xiàn)G0100.1處于接通狀態(tài)，表示Z軸在回參考點過程中出現(xiàn)了正方向報警。觀察CRT屏幕上的Z軸位置顯示，發(fā)現(xiàn)超過500，判定此故障為Z軸在回參考點過程中出現(xiàn)了正方向軟限位報警。

解決方法：在手動回參考點時，觀察減速開關(guān)輸入PMC信號DGN16.5變化正常，說明減速開關(guān)沒有問題。將CNC參數(shù)No.702設(shè)定為99999999，手動回參考點正常，No.702重新設(shè)定到500。

以上分析了三軸立式加工中心之X、Y、Z三軸在包括手動、自動、手輪等各種工作方式下，其有效工作行程與限位塊之間是否發(fā)生軟硬件碰撞之工作原理，并且基于PMC程序優(yōu)化設(shè)計以及硬件方面的調(diào)整，可以較為有效地避免硬件超程的發(fā)生，從而降低了機床設(shè)備的損壞，提高了生產(chǎn)效率。