M代码在FANUCPMC程序中的译码及在CNC设备改造中的应用.docx

M 代码在 FANUC PMC 程序中的译码及在 CNC 设备改造中的应用王路暐（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）摘 要：通过现场加工中心在执行换刀动作时出现的具体问题，分析了 PMC 梯形图，通过在 NC 程序中添加 M 代码，并在 PMC 程序中重新编写 M 代码的译码程序，完善了机床 NC 程序的执行，缩短了设备的动作时间，提高了加工效率。关键字：M 代码；机床；改进；应用中图分类号：TG659文献标识码：B文章编号：1672-545X（2013）03-0108-03CNC（Computer Numerical Control，即计算机数控机床数控系统）的基本功能包括：选择刀具功能（T 功 能）、主轴功能（S 功能）、辅助功能（M 功能）、准备功 能（G 功能）、进给功能（F 功能）。它们在 CNC 机床上 主要执行的动作包括：机床冷却系统的启停，工件和 机床部件的夹紧、松开，主轴的正反转及停止，分度 工作台的转位，选刀、换刀，测量系统的执行等。数控 系统的辅助功能之一 M 功能也称 M 代码，M 代码的 使用使得 NC 程序可以通过简单的 M 代码指令 CNC 机床动作，简化了外部的功能开关等，自动化程度高 度集中。因此，M 代码对设备改造、故障判断和 NC 程 序优化方面有着重要的意义。而 CNC 系统对 NC 程 序中的 M 代码无法像 G 代码一样直接处理，这些 M 代码的执行过程是在 PMC （PMC 程序即是可编程机 床逻辑控制程序）程序中先译码后执行，因此，需要 对 M 代码的译码和执行进行分析, 从而根据 M 代码 的编译原理，可在 PMC 程序中，创造适合 CNC 机床 NC（NC 程序即数控加工程序）程序使用的 M 代码。 文中对现有文献中的 M 代码的定义进行了分类 和分析，论证了 NC 程序中 M 代码和 PMC 程序的关 系，并给出了 M 代码在 PMC 程序中译码和指令机床 动作的方法。最后举出了在 CNC 设备改造及故障分析时，新编 M 代码的应用实例，并进行了分析。1.1 NC 中 M 代码与 PMC 程序中的关系为了说明 NC 程序中，M 代码在 PMC 程序中的 译码原理，特别从生产线一个工位的 NC 程序中分别 摘录出 7 个程序段，将 M 代码集中说明。举例如下：N1010M152 (COOLANT PRESSURE) M152 是 通过主轴的高压冷却压力位 20BAR；N1020M55(COOLING MONITORING)M55 是将 冷却液监控打开；N1025M46 M46 是打开工装夹具上的冷却液； N1030G0G54G43X-176Y167S3200F6400M3H1M52M51B90 M51 是打开加工仓内的低压冷却液，冲 洗工件；M52 是打开通过主轴的高压冷却液，给刀具 冷却并排屑；M3 是主轴正转；N1040M11 M11 是 B 轴松开； N1050G0G55X-89Y193B0； N1060M10 M10 是 B 轴夹紧。1.2 辅助功能代码在 PMC 程序中的译码时序图在 FANUC 0i 系统中，MF 是指 M 代码读取信号 的输出F7.0 信号，在执行 M 代码指令，输出 M 代 码的过程中，该 F7.0 信号置“1”，如图 1 所示。M 功能指令M 代码（输出）（M 代码信号）MP（输出）（M 代码读取信号）PNC 处理PIN（输入）（辅助功能结束信号）1M 代码的定义执行译码辅助功能即 M 代码，用地址 M 和后面的数值组成的指令。图 1译码时序图收稿日期：2012-12-09作者介绍：王路暐（1983），女，河南灵宝人，助理工程师，学士学位，研究方向为 CNC 机床 PMC 及 NC 程序。108装备制造技术2013 年第 3 期1.3 NC 程序中 M 代码应用以上述 NC 程序中的 M 代码为例，把 PMC 程序 的译码过程如下：限于篇幅及 M 代码译码、处理的过程大致相同， 特以 M152 辅助功能的代码为例，当 NC 程序执行到 M152 时，其要指令高压冷却泵给出通过 主 轴 中 心20BAR 压力的冷却液，但是具体执动作的指令却是 在 PMC 程序中，当 NC 程序执行到包含 M152 的程 序段时，即上图 1 中第一行 M 代码（输 出）；在 PMC 程序中，F7.0(%IF0057)的输入信号接通，即上图中 1 第二行 MF（输出）；PMC 处理译码和执行是由 NC 程 序把 M152 输入 NC UNIT，通过 F 信号，把 M 代码的 数值通过二进制转换放在以 IF81 开头的 16 位整数 地址内，通过在 PMC 程序中进行的加 1 的算术运算（ADD），得到的数值为 153，因 M 代码的起始代码为 M00，该代码是存放在以 M7201 地址开始的 50 个字 节内，因 M00 占据了第 1 个地址 M7201，所以 M152 必然会占据第 153 个位的地址，即 M152 的指令是存 放在 M（7201+152）的地址中，即 M7353，当该地址的 数 值 置 1 时 ，M152 的 M 功 能 启动，同时也在以 M7601 起始的地址中（该地址处理脉冲信号），把 第153 位 进 行 置 1 的 运 算 , 那 么 当 M152 的 指 令 启 动 时，M7753 的位相应置 1，而 NC 程序中把 M152 按照 脉冲信号来处理，即当 M7753 这 1 位的数值置 1 时， PMC 程 序 扫 描到下述 PMC 程序，即可瞬间接通 MK602，这个置位信号 为保持型，作为冷却系统 20BAR 高压冷却压力输出的驱动条件，对 M152 的 译码在 PMC 程序中的处理过程，如,图 2 所示。至此，M 功能的代码M152 经过在 PMC 程序 中译码处理后，由 MK602 信号驱动 KNOLL 冷却系 统按照要求的压力值（20BAR）输出冷却液。即 新 的 置 位 地 址 为 M（7201+52）和 M（7201+51），这两个置 位 ，即 M7253 和 M7252 在 置 1 后 ，分 别 驱 动 了加工仓冷却液打开，冲洗工件和通过主轴的高压冷却液打开，冷却刀具和冲洗工件。1.4 M 代码编码在 PMC 程序中编写的差异分析通过以上两个例子的证明，PMC 程序在处理 M 代码的译码过程时（M152, M52 和 M51），分别使用了不同的置位地址，即以 M7201 和 M7601 起始的两个地址，原因在于 M152 是需要一个脉冲激发后，一直 由 MK602 这个带有保持型的 M 地址信号来驱动最终冷却系统的高压压力值。但是 M52 和 M51 不需要有保持型的 M 地址，它们在触发冷却液开关接通后， 会被置 0，当刀具加工时需要冷却液时，只要把 M52和 M51 写在程序中即可，当换刀时，触发冷却液开关 打开的条件被中断，冷却液被关闭。2M 代码在设备改造及工艺改造中的应用2.1故障举例以工厂 CNC 机床曾经出现的一个经典故障为例： CNC 机床在加工时，换刀门的打开、关闭动作由气缸推动完成，并由 2 个位置接近开关感应换刀门打开、关闭到位的情况，但是由于接近开关误感应（铁屑 粘在上面），导致换刀门在气缸故障或者未移动到位置接近开关时，主轴还是会按照程序指令进入刀库换 刀，最终结果是换刀门被撞坏，严重的话会损坏刀具，并且由于刀库门被撞坏后较难拆卸修复，所耗费的停 线时间较长，给工厂正常的生产带来了损失。2.2 解决措施如果每个换刀门都再增加位置接近开关来作为 互锁的条件，那么对于 154 台 CNC 机床来讲，备件的成本会非常高，如果从 NC 程序和 PMC 程序来分析， 可在程序中添加使刀库门提前打开的 M 代码，那么在实际的换刀过程中就会减少此类主轴换刀撞击换刀门的故障。2.3 程序举例下 述 程 序 段 为从缸体线摘录出的两个刀具的 NC 程序，刀具号分别为 T202 和 T203。(* T202 ROUGH MILL *)N3030M6T202N3080Z156.5(STARTP. #F) N3090G1X330N3100G0Z220 (*)(* T203 BORING BAR *) N4030M6T203图 2 M152 译码在 PMC 程序中的处理过程在程序段 N1030 中，连续出现两个 M 代码，即 M52 和 M51，按照系统参数(No.3404.7=1)的 设 置 ，一 行 NC 程序段中可以最多出现 3 个 M 功能的代码， 两个 M 代码先进行译码，然后按照译码的计算方法，109Equiipment Manufacturing Technology No.3，20132.4 实施步骤（1）根据原始设备供应商提供的 M 代码列表查 看 M 功能代码的使用情况，如 3 所示即为设备供应商提供的 M 代码列表截图，可以发现有些 M 代码数 值并未使用，但要经过 PMC 程序的 确 认 ，因 为 某 些M 代码虽不出现在 NC 程序中，但可以应用在 PMC 程序中。(* T202 ROUGH MILL *)N3030M6T202N3080Z156.5(STARTP. #F) N3090G1X330N3100G0Z220N3105M43N3106G4X1 (*)(* T203 BORING BAR *) N4030M6T2033结束语M 代码在 PMC 程序中，译码程序的编写是实现M 代码指令机床动作的关键。本文从 M 代码在 NC 程序中应用出发，对 M 代码在 PMC 程序中译码及机床动作的执行进行了详细的解析，结论如下：在了解FANUC 0i 系列的系统后，根据 PMC 程序对 M 代码 的编译原理，编写出新的 M 代码，编入 NC 程序中，实现 CNC 机床动作指令 NC 编程的简易化操作。极 大得满足了现场设备改造、故障诊断的和 NC 程序优化的需求。需要说明的是本文的研究定位于 GE FANUC 18I 的系统，使用的是 SD7 的 PMC 程序, proficy ME 6.0的编程环境下。图 3 设备供应商提供的 M 代码列表（2）因换刀门的打开(M72)和关闭(M71)是两个动 作，在 PMC 程序中用原来的信号即可。此次新添加 的 M43 代码只是提前打开的信号。至此，PMC 程序中 M 功能代码 M43 的功能指令 程序编写完毕。下面需要做即为在 NC 程序中将 M43 添加进去。（3）在 NC 程序中的更改为如下：前文举例的 NC 程序中，在 N3100 行程序段后增 加 M43，并且做停顿 1 秒钟的等待，这样即可在刀具刚加工完毕就提前打开换刀门，不必等到换刀时才 打开门。参考文献：1 卢胜利，王睿鹏，祝 玲. 现代数控系统原理、构成与实 例M. 北京:机械工业出版社，2006.The Decoding of Fanuc M-Code in the Fanuc PMC Ladder and the Application inImprovement of CNC Machine ToolsWANG Lu-wei( SGMW Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi 545007，China )Abstract：By analyzing the specific Tool change problems of the machining centers and PMC ladder diagram, andadding the new M-code in the NC program .Then modifying the new M-codes decoding in the PMC program, impro