FANUC 0i-MF數(shù)控機床冷卻系統(tǒng)PMC程序設(shè)計

摘" 要：針對FANUC 0i-MF數(shù)控機床冷卻系統(tǒng)的控制需求，結(jié)合冷卻系統(tǒng)組成與電氣原理，該文分析該冷卻控制系統(tǒng)的工作原理。同時針對機床冷卻系統(tǒng)控制的2種方式，分別介紹其PMC程序的編制方法，通過程序調(diào)試，驗證冷卻功能控制的正確性。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;冷卻系統(tǒng);PMC程序;電氣原理;冷卻功能控制

中圖分類號：TP319" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）26-0121-04

Abstract： According to the control requirements of the cooling system of FANUC 0i-MF CNC machine tools， based on the composition of the cooling system and electrical principle， the working principle of the cooling control system is analyzed in this paper. At the same time， aiming at the two ways of machine tool cooling system control， the programming method of PMC program is introduced respectively， and the correctness of cooling function control is verified by program debugging.

Keywords： CNC machine tools; cooling system; PMC program; electrical principle; cooling function control

數(shù)控機床作為智能制造的基石，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化、智能化和靈活化，為企業(yè)提供了更加高效、精準和可靠的生產(chǎn)解決方案，推動了制造業(yè)向智能化和高端化方向的發(fā)展。作為“中國制造2025”戰(zhàn)略行動規(guī)劃中重點發(fā)展領(lǐng)域之一的數(shù)控機床的制造研發(fā)受到廣泛重視[1-3]，其研發(fā)技術(shù)水平?jīng)Q定了我國制造業(yè)發(fā)展的高度。隨著數(shù)控機床的發(fā)展，其加工可靠性和效率方面是不可忽視的。在數(shù)控加工過程中，主要依靠刀具與工件不斷接觸摩擦進行切削加工，在這過程中二者表面溫度不斷上升，導致工件加工質(zhì)量降低，甚至損壞刀具，影響正常加工生產(chǎn)，因此為了在加工過程中有效地控制加工區(qū)域的溫度，保持加工穩(wěn)定性和工件質(zhì)量，配合數(shù)控機床加工過程中需要對工件和刀具進行冷卻[4]。

數(shù)控機床的冷卻功能可通過冷卻液、空氣冷卻、冷卻系統(tǒng)以及溫度傳感器和控制系統(tǒng)等多種方式實現(xiàn)，在FANUC 0i-MF數(shù)控系統(tǒng)中，主要利用冷卻液。冷卻液是一種特殊的液體，通常是水基或油基的。冷卻液通過冷卻系統(tǒng)噴淋至刀具和加工區(qū)域，吸收和帶走切削時產(chǎn)生的熱量，從而降低加工區(qū)域的溫度，減少刀具磨損，并幫助排除切削時產(chǎn)生的切屑，如圖1所示。因此數(shù)控加床的冷卻功能可以保證產(chǎn)品加工精度和保護刀具不被燒傷，降低刀具損耗成本，提高加工效率，對加工可靠性具有重要意義。

1" 數(shù)控機床冷卻系統(tǒng)工作原理

數(shù)控機床冷卻系統(tǒng)主要包括冷卻泵、冷卻電機、冷卻液管路與冷卻液等部分。數(shù)控機床冷卻系統(tǒng)利用PMC程序控制交流接觸器來控制冷卻電機電源的接通與斷開，從而實現(xiàn)冷卻液的開與關(guān)。冷卻控制系統(tǒng)電氣原理如圖2所示，合上低壓斷路器，當交流接觸器KM1主觸頭吸合時，冷卻泵電機通電，驅(qū)動冷卻泵運轉(zhuǎn)通過冷卻管道將冷卻液輸送至工件與刀具接觸部位進行降溫。FANUC 0i-MF數(shù)控系統(tǒng)中主要通過PMC進行外部電氣控制，如圖2所示，交流接觸器KM1的線圈由中間繼電器KA1進行通斷控制，而中間繼電器的地址為Y10.4，因此只要利用PMC程序控制輸出信號Y10.4的狀態(tài)，便可實現(xiàn)對冷卻泵電機啟停的控制。

2" 冷卻控制系統(tǒng)PMC編程

冷卻功能控制可分為手動冷卻和自動冷卻2種控制方式[5]。手動冷卻是手動按下操作面板上的冷卻按鈕控制冷卻液的通斷;自動冷卻是在數(shù)控機床在自動、遠程或手動輸入數(shù)據(jù)等工作模式下，通過數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行加工代碼來實現(xiàn)冷卻液的通斷控制[6]。

2.1" 手動冷卻功能PMC控制程序

在工件加工過程中，按下操作面板中的冷卻按鈕，輸出冷卻液，對工件進行冷卻;當再次按下冷卻按鈕時，切斷冷卻液，如圖3所示。同時在FANUC 0i-MF數(shù)控系統(tǒng)中，PMC與機床之間有關(guān)冷卻的輸入/輸出信號地址見表1。

由此可知，手動冷卻功能的實現(xiàn)是通過單鍵交替執(zhí)行輸出的，即第一次按下冷卻按鈕，冷卻液接通，第二次按下按鈕后冷卻液切斷，再次按下按鈕后冷卻液接通，如此往復執(zhí)行。該功能可以利用二分頻控制信號實現(xiàn)，即輸入信號的頻率為輸出信號頻率的2倍。參考FANUC 0i-MF數(shù)控系統(tǒng)輸入輸出地址表，設(shè)計手動冷卻功能的PMC程序，如圖4所示。

當?shù)谝淮伟聪吕鋮s按鈕（R903.4），中間繼電器R110.0線圈與R110.1線圈被接通，繼而冷卻電機控制繼電器Y10.4線圈與冷卻指示燈R913.4線圈被接通，根據(jù)PMC的工作原理，一個機械周期后R110.0線圈被斷開，同時利用R110.0常閉觸點來實現(xiàn)在按鈕松開時冷卻功能自鎖;當?shù)诙伟聪吕鋮s按鈕，中間繼電器R110.0線圈與R110.1線圈被接通，R110.0常閉觸點斷開，繼而冷卻電機控制繼電器Y10.4線圈與冷卻指示燈R913.4線圈被斷開，如此往復通過冷卻按鈕實現(xiàn)冷卻功能通斷控制，其冷卻控制信號時序如圖5所示。

同時在FANUC 0i-MF數(shù)控系統(tǒng)PMC程序設(shè)計中也可以利用功能指令來實現(xiàn)信號通斷。在手動冷卻的PMC程序中，中間繼電器R110.0的狀態(tài)可以用前沿檢測信號DIFU（SUB57）進行控制，該功能指令的作用為讀取輸入信號的上升沿，掃描到上升沿后，輸出即為“1”，且輸出時間為1個機械周期，常用于單鍵交替執(zhí)行，開關(guān)防抖等功能。利用SUB57功能指令實現(xiàn)手動冷卻的PMC程序設(shè)計，如圖6所示。

當?shù)谝淮伟聪吕鋮s按鈕（R903.4），中間繼電器R110.0線圈被接通，繼而冷卻電機控制繼電器Y10.4線圈與冷卻指示燈R913.4線圈被接通，利用SUB57功能指令一個周期后中間繼電器R110.0線圈被斷開，同時利用R110.0常閉觸點來實現(xiàn)在按鈕松開時冷卻功能自鎖;當?shù)诙伟聪吕鋮s按鈕，中間繼電器R110.0線圈，R110.0常閉觸點斷開，繼而冷卻電機控制繼電器Y10.4線圈與冷卻指示燈R913.4線圈被斷開，如此往復。

2.2" 自動冷卻功能PMC控制程序

一般情況下，在工件加工過程中，冷卻液的接通和切斷均是由加工程序控制的，實現(xiàn)自動化加工生產(chǎn)。在FANUC 0i-MF數(shù)控系統(tǒng)中通常由M代碼來實現(xiàn)冷卻功能控制，即M08為冷卻液接通，M09為冷卻液切斷。PMC作為機床輔助功能邏輯控制器并不能直接識別M代碼，所以在實現(xiàn)自動冷卻功能時要對M代碼進行譯碼處理。功能指令DECB（SUB25）可將M代碼翻譯成PMC可識別的二進制來進行控制。經(jīng)F7.0狀態(tài)選通將M代碼的輸出地址F10～F13，從#3位開始，譯碼1個字節(jié)長度的內(nèi)容到中間繼電器R10中進行輸出，如圖7所示。其中M代碼輸出地址內(nèi)容見表2，R10輸出地址內(nèi)容見表3。由此可知，M08（冷卻液開）對應(yīng)信號地址為R10.5，M09（冷卻液關(guān)）對應(yīng)信號地址為R10.6。

結(jié)合譯碼結(jié)果，在手動冷卻功能基礎(chǔ)上添加自動冷卻功能控制的PMC程序設(shè)計，如圖8所示。當CNC加工程序掃描到M08時，F(xiàn)7.0狀態(tài)置“1”，常開觸點R10.5狀態(tài)置“1”，繼而冷卻電機控制繼電器Y10.4線圈與冷卻指示燈R913.4線圈被接通，冷卻液打開;當CNC加工程序掃描到M09時，F(xiàn)7.0狀態(tài)置“1”，常閉觸點R10.6狀態(tài)置“0”，繼而冷卻電機控制繼電器Y10.4線圈與冷卻指示燈R913.4線圈被斷開，冷卻液關(guān)閉。

3" 結(jié)論

在數(shù)控機床的整體電氣控制系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)的控制相對來說比較簡單，但是它們對于機床的正常運行至關(guān)重要，特別在保證工件加工精度方面的影響尤為重要。因此作為技術(shù)人員需要了解FANUC數(shù)控系統(tǒng)在冷卻功能方面的電氣控制原理及其PMC控制程序。同時了解和掌握FANUC數(shù)控系統(tǒng)的PMC程序有助于對數(shù)控機床控制運行原理的理解，在數(shù)控機床故障診斷與排除方面具有重要意義。

參考文獻：

[1] 鐘源.考慮多元因素影響的數(shù)控機床精細化可靠性分配方法研究[D].長春：吉林大學，2023.

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[3] 張根保，羅天洪.“高檔數(shù)控機床的高端制造式”（九）：數(shù)控機床國內(nèi)外水平比較研究[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2023，29（12）：4227-4243.

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[5] 周蘭，陳少艾.FANUC OiD數(shù)控系統(tǒng)連接調(diào)試與PMC編程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012：72-73.

[6] 雷楠南.FANUC 0iD系統(tǒng)數(shù)控機床冷卻及潤滑系統(tǒng)控制及故障診斷[J].三門峽職業(yè)技術(shù)學院學報，2019，18（1）：117-122.

基金項目：蕪湖職業(yè)技術(shù)學院校級科研自然一般項目（wzyzr202434）;安徽省高校自然科學重點研究項目（2023AH052389）

第一作者簡介：程慧敏（1997-），女，碩士，助教。研究方向為數(shù)控技術(shù)、機電一體化。