模块2-3操作面板设计.doc

模块二 数控机床操作面板设计项目一 CNC与PMC接口功能学习目标：知识目标：1.掌握几种常用的G信号功能2.常用的F信号功能能力目标：能够分析数控机床CNC、PLC和MT之间的信息传递一、任务要求分组讨论分析CNC、PLC和MT之间的信息传递关系二、相关新知识与技能数控机床中辅助功能实现需要以PLC为中心，在PLC、CNC和机床三者之间进行信息交换。PLC与CNC之间的信息交换分为两部分，其中CNC传送给PLC的信息只要包括各种功能代码M、S、T的信息，手动/自动方式信息及各种使能信息等，即图6-1的F信号，每种含义都是固定的，是发那科公司都定义好的，我们只能使用，不能赋值，不能当线圈用，只能是触点。PLC传送给CNC的信息主要包括M、S、T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点等，即图6-1中的G信号，G代码地址是固定的，是发那科公司定义好的，但是与F信号不同的是可以在梯图中当线圈使用，当然更可以当触点用。1.1常用的G信号功能分析从PMC到CNC的输出信号地址为：G0-G255，这些信号的功能是固定的，用户通过梯形图实现CNC的各种控制功能。比较常用的G信号有系统的急停控制信号G8.4、循环起动信号G7.2、进给暂停信号G8.5、空运转信号G46.7、外部复位信号G8.7等。1.2常用的F信号功能分析从CNC到PMC的输入信号地址为F0-F255，这些信号的功能也是固定的，用户通过梯形图来确定CNC系统的状态。比较常用的F信号有系统准备就绪信号F1.7、系统复位信号F1.1、系统进给暂停信号F0.4、系统循环起动信号F0.5、T码选通信号F7.3、M码选通信号F7.0、S码选通信号F7.2等。三、任务实施分析数控机床CNC、PLC和MT之间的信息传递X：由机床向PMC的输入信号（MTPMC） Y：由PMC向机床的输出信号(PMCMT) F：由NC向PMC的输入信号(NCPMC) G：由PMC向NC的输出信号(PMCNC) 四、任务实施监测过程与结果评价1）自评：学生对本项目的整个实施过程进行评价2）互评：以小组为单位，分别对其他组做的工作结果进行评价和建议3）教师评价：教师对学生汇报及成结果进行评价，指出每个小组极其成员的优点，并提出改进建议五、拓展与提高针对数控机床试验台分析CNC、PLC和MT之间的信息传递六、简答题结合FANUC数控实验台列举几种G、F、X、Y信号项目二 数控机床操作面板的设计学习目标：知识目标：1.了解PMC地址分配2.掌握常用的FANUC 0i系列操作面板地址能力目标：1、能够分析FANUC 0i系列操作面板地址任务一 PMC输入和输出点数的确定一、任务要求分组讨论分析FANUC 0i系列操作面板地址二、相关新知识与技能1 PMC地址分配PMC作为CNC与机床（MTMachine Tool）之间的转换电路，即要与CNC进行信号交换，又要与机床外围开关进行信号交换，另外PMC本身还存在内部中间继电器（Internal relay）、计数器（Counter）、保持型继电器（Keep relay）、数据表（Data sheet）、时间变量。它们之间的相互关系下如图所示；高速处理信号（不经过PMC）*DECn，*ESP，SKIP，XAE，YAE，ZAE(M 系)*DECn，*ESP，SKIP，XAE，ZAE，+MITn(T 系)。XFG YCNCPMCMT（机床外围电路）R内部继电器区域T定时器区域C计数器区域K保持型继电器区域D数据表区域A信息请求区域分线用I/O模块操作盘用I/O模块I/O Unit机床操作盘接口单元PMC内部地址PMC地址分配地址分配：X MT输入到PMC的信号，如接近开关，急停输入信号等。Y PMC输出到MT的信号，如电磁阀、灯等执行元件。F CNC输入到PMC的信号，FANUC定义的内部地址，如CNC输入到PMC的代码指令，如M代码（地址F10F13）、T代码（地址F26F29）、系统准备信号MA（地址F1.7）、伺服准备信号SA（地址F0.6）等。G PMC输出到CNC的信号，该信号是经过PMC处理后通知到CNC的信号，FANUC定义的内部地址，如自动运转起动信号ST（G7.2）、串行主轴正转信号SFRA（G70.5）、串行主轴反转信号SRVA（G70.4）、串行主轴停止*SSTP（G29.6）。注意：所谓的“输入”“输出”，立场一定是站在PMC上看，对于PMC来说，从机床输入的是X地址，输出的是Y地址。从CNC输入的是F地址，输出到CNC的是G地址。内部地址RRegister、TTimer、CCounter、KKeep Relay、DData sheet、AAlarm Message 是PMC程序使用的内部地址。2.2.2地址分类； PMC地址分配表记号种类地址号内容备注X机床PMCX0X127来自I/O的输入信号非保持型存储器YPMC 机床Y0Y127对I/O的输出信号GPMCCNCG0G255普通输入信号或对第1系统侧的输入信号(PMC-SB5)G0G511普通输入信号或对第1系统侧的输入信号(PMC-SB6)G1000G1255对第2系统侧的输入信号(PMC-SB5)G1000G1511对第2系统侧的输入信号(PMC-SB6)FCNCPMCF0F255普通输出信号或来自第1系统侧的输出信号(PMC-SB5)F0F511普通输出信号或来自第1系统侧的输出信号(PMC-SB6)F1000F1255来自第2系统侧的输出信号(PMC-SB5)F1000F1511来自第2系统侧的输出信号(PMC-SB6)R内部继电器区域或作业区域系统保留区 R0R1499PMC-SB5R0R2999PMC-SB6R9000R9117PMC-SB5R9000R9199PMC-SB6T定时器区域T0T79PMC-SB5T0T299PMC-SB6C计数器区域C0C79PMC-SB5C0C199PMC-SB6保持型存储器K保持型继电器区域K0K15PMC-SB5K0K15， K17K39PMC-SB6K16K39PMC-SB5系统保留区域 K16， K900K909PMC-SB6D数据表区域D0D2999PMC-SB5D0D7999PMC-SB6A信息请求区域A0A24PMC-SB5A0A124PMC-SB6非保持型存储器L标号指定号L1L9999PMC-SB5/SB6P子程序号P1P512PMC-SB5P1P2000PMC-SB6注：表中PMC-SBx 为PMC版本号，目前FANUC 0iC使用SB-7版PMC。2.3.2 FANUC i系列操作面板地址表。CNC与PMC之间的地址G地址、F地址是FANUC公司已经定义好的，机床厂在使用时只能根据FANUC公司提供的地址表“对号入座”，所以我们在使用中，查看FANUC标准地址表即可。FANUC 0i系列操作面板地址表。 信号 地址16/18/21/0i/PMTM自动循环启动: STG7/2G7/2进给暂停: *SPG8/5G8/5方式选择: MD1，MD2，MD4G43/0.1.2G43/0.1.2进给轴方向: +X,-X,+Y,-Y,+Z,-Z,+4,-4(0系统)+J1,+J2,+J3,+J4-J1,-J2,-J3,-J4(16系统类)G100/0.1.2.3G102/0.1.2.3手动快速进给 :RTG19/7G19/7手摇进给轴选择/快速倍率: HX/ROV1, HY/ROV2, HZ/DRN,H4(0系统)HS1AJS1D(16系统类)G18/0.1.2.3G18/0.1.2.3手摇进给轴选择/空运行: HZ/DRN(0); DRN(16)G46/7G46/7手摇进给/增量进给倍率:MP1,MP2G19/4.5G19/4.5单程序段运行: SBKG46/1G46/1程序段选跳： BDTG44/0;G45G44/0;G45零点返回： ZRNG43/7G43/7回零点减速：*DECX,*DECY,*DECZ,*DEC4X9/0.1.2.3X9/0.1.2.3机床锁住：MLKG44/1G44/1急停： *ESPG8/4G8/4进给暂停中： SPLF0/4F0/4自动循环启动灯：STLF0/5F0/5回零点结束：ZPX,ZPY,ZPZ,ZP4(0系统); ZP1,ZP2,ZP3,ZP4(16系统类)F94/0.1.2.3F94/0.1.2.3进给倍率:*OV1,*OV2,*OV4,*OV8(0系统)*FV0-*FV7(16系统类)G12G12手动进给倍率:*JV0*JV15 (16系统类)F79,F80F79,F80进给锁住: *ITG8/0G8/0进给轴分别锁住:*ITX,*ITY,*ITZ,*IT4(0系统)*IT1-*IT4 (16)G130/0.1.2.3G130/0.1.2.3各轴各方向锁住:+MIT1-+MIT4; (-MIT1)(-MIT4) X1004/2-5G132/0.1.2.3G134/0.1.2.3启动锁住: STLKG7/1辅助功能锁住: AFLG5/6G5/6M功能代码: M00-M31F10F13F10F13M00,M01,M02,M30代码F9/4.5.6.7F9/4.5.6.7M功能(读M代码): MFF7/0F7/0进给分配结束: DENF1/3F1/3S功能代码: S00-S31 F22F25F22F25S功能(读S代码): SFF7/2F7/2T功能代码: T00T31 F26F29F26F29T功能(读M代码): TFF7/3F7/3辅助功能结束信号 MFING5/0G5/0刀具功能结束信号 TFING5/3G5/3结束: FING4/3G4/3倍率无效: OVCG6/4G6/4外部复位: ERSG8/7G8/7复位: RSTF1/1F1/1NC准备好: MAF1/7F1/7伺服准备好: SAF0/6F0/6自动(存储器)方式运行: OPF0/7F0/7程序保护: KEYF46/3.4.5.6F46/3.4.5.6工件号检: PN1,PN2,PN4,PN8,PN16G9/0-4G9/0-4外部动作指令: EFF8/0F8/0进给轴硬超程: *+LX,*+LY,*+LZ,*+L4;*-LX,*-LY,*-LZ,*-L4(0),*+L1-*+L4; *-L1-*-L4 (16)G114/0.1.2.3G116/0.1.2.3G114/0.1.2.3G116/0.1.2.3DNC加工: DNCIG43/5G43/5跳转: SKIPX4/7X4/7主轴停止转动: *SSTPG29/6G29/6主轴转速倍率:SOV0SOV7G30G30串行主轴正转: SFRAG70/5G70/5串行主轴反转: SRVAG70/4G70/4对于PMC与机床间的信号（X、Y），除个别信号被FANUC公司定义，绝大多数地址可以由机床制造商自行定义。所以对于X、Y 地址的含义，必须参见机床厂提供的技术资料。四、任务实施监测过程与结果评价1）自评：学生对本项目的整个实施过程进行评价2）互评：以小组为单位，分别对其他组做的工作结果进行评价和建议3）教师评价：教师对学生汇报及成结果进行评价，指出每个小组极其成员的优点，并提出改进建议五、拓展与提高分析FANUC 0i mate系统的操作面板地址表任务2.2机床操作面板的输入输出接线图设计一、任务要求分组讨论分析CNC、PLC和MT之间的信息传递关系二、相关新知识与技能2.1 手动运行方式的编写机床的手动运行方式主要有机床的操作方式、手动进给方向和速度倍率的控制以及手动会参考点。一、数控机床操作方式编辑状态(EDIT)：在此状态下，编辑存储到CNC 内存中的 加工程序文件。 存储运行状态（MEM）：在此状态下，系统运行的加工程序为系统存储器内的程序。 手动数据输入状态（MDI）：在此状态下，通过MDI 面板可以编制最多10 行的程序并被执行，程序格式手轮进给状态（HND）：在此状态下，刀具可以通过旋转机床操作面板上的手摇脉冲发生器微量移手动连续进给状态（JOG）：在此状态下，持续按下操作面板上的进给轴及其方向选择开关，会使刀具沿着轴的所选方向连续移动。 机床返回参考点（REF）：在此状态下，可以实现手动返回机床参考点的操作。通过返回机床参考点操作，CNC系统确定机床零点的位置。DNC状态（RMT）：在此状态下，可以通过阅读机（加工纸带程序）或RS-232通信口与计算机进行通信，实现数控机床的在线加工。 数控机床常用工作状态开关操作面板如图6-31所示。图6-31数控机床常用工作状态开关操作面板二系统工作状态信号系统的工作状态由系统的PMC信号通过梯形图指定CNC的状态决定。以FANUC-Oi系统的工作状态与信号的组合如下表所示。表中的1表示信号为接通，0表示信号为断开。从该表我们可以看出，如果PMC向CNC输出状态信号1即MD1信号G43.0，则此时系统的工作状态为：编辑状态(EDIT)、存储运行状态（MEM）、手动连续进给状态（JOG）、机床返回参考点（REF）、DNC状态（RMT）之一置1即可，所以在PMC梯形图中这几种状态应满足或的逻辑。同理，当PMC向CNC输出状态信号2即MD2信号G43.1，则此时系统的工作状态为：编辑状态(EDIT) 置1即可。其他的状态信号3、DNC状态信号、回零状态信号在PMC梯形图接通时也是按表6-1给出的组合来决定的。同时从该表可以知道，如果系统PMC的MD1和MD2信号，即G43.0和G43.1信号置1，即PMC向系统CNC输出G43.0和G43.1信号置1信号，则系统CNC会根据表6-1来定出系统处于编辑(EDIT)状态。同理，如果系统PMC的MD1信号即G43.0信号置1，则系统CNC会根据表6-1来定出系统处于自动运行(MEM)状态。其他的CNC系统工作状态也是按表6-1给出的组合来决定的。表6-1 系统工作状态与信号的组合系统状态ZRNDNCIMD4MD2MD1G43.7G43.5G43.2G43.1G43.0系统工作状态程序编辑EDIT00011自动运行MEM00001手动数据输入MDI00000手轮进给HND00100手动连续进给JOG00101返回参考点REF10101DNC运行RMT01001三、任务实施3.1系统工作状态的PMC控制FANUC-Oi系统为例，设计系统工作状态的PMC控制梯形图，如图6-32所示。对图6-32中系统状态开关信号的输入为面板操作开关，输出信号为各指示灯，状态开关信号的输入/输出地址为：编辑状态（EDIT）：输入信号地址为X4.1，输出地址为Y4.1。自动运行（MEM）：输入信号地址为X4.0，输出地址为Y4.0。手动数据输入（MDI）：输入信号地址为X4.2，输出地址为Y4.3。手轮进给（HND）：输入信号地址为X6.7，输出地址为Y6.7。手动连续进给（JOG）：输入信号地址为X6.5，输出地址为Y6.5。返回参考点（REF）：输入信号地址为X6.4，输出地址为Y6.4。远程运行（DNC）：输入信号地址为X4.3，输出地址为Y4.3。如上所述，当PMC向系统CNC输出G43.0和G43.1信号置1信号，则系统CNC会根据表6-1来定出系统处于编辑(EDIT)状态，同时系统CNC会给PMC输入信号F3.6，表示系统处于编辑状态。图中，信号F3.5表示系统处于自动运行状态；F3.3表示系统处于手动数据输入状态；F3.4表示系统处于远程运行状态；F3.2表示系统处于手动连续进给状态；F3.1表示系统处于手轮进给状态；F4.5表示系统处于返回参考点状态。图6-32系统工作状态的PMC控制图3.2 手动进给方向和速度倍率编写3 .2.1手动进给方向+J1-+J4 -J1-J4 类别：G信号 输入信号功能：在手动进给或增量进给下选择所得进给轴和方向。信号中的信号（+或-）指明进给方向。后面所跟数字表明控制轴号。梯形图：3.2.2数控机床进给倍率开关PMC控制数控机床进给倍率开关手动方式进给速度=参数设定值（NO.1423）手动进给倍率值（%）手动进给倍率值有G010G011得到例如：手动进给倍率10%时，计算G11、G10组成的16位数？手动进给倍率100%时，计算G11、G10组成的16位数？32.3 回参考点程序的编写1.数控机床返回参考点的必要性 (1)系统通过参考点来确定机床的原点位置，以正确建立机床坐标系。(2)可以消除丝杠间隙的累计误差及丝杠螺距误差补偿对加工的影响。 X20.6:+X按钮开关X20.7:-X按钮开关X21.0: +Z按钮开关X21.1:-Z按钮开关G120.7:系统回零F148.0:X轴回零结束F148.1:Z轴回零结束F149.1:系统复位3.3 自动运行方式的编写3.3.1 自动循环启动程序的编写一、循环启动的功能：在自动方式时按下该按钮，机床进入自动循环状态，此时按钮指示灯亮，同时进给保持按钮指示灯熄灭；在MDI方式下按下此按钮，机床执行被编制的指令。在运行期间，按下此按钮，按钮指示灯亮而循环启动按钮灯灭，此时进给立即停止或执行完M、S、T指令后停止进给。二、参数三、梯形图3.3.2 M功能的编写一、 译码指令加工程序中的M S T功能时，当系统读到这些代码时，CNC装置以BCD或二进制代码形式输出M S T代码的F信号给PMC，这些信号需要PMC经过译码才能从BCD或二进制状态转换成具有特定含义的一位逻辑状态。（M 辅助功能，S主轴转速功,T刀具选择功能）即完成数位转换，将一个数通过译码后成为某些位变为1。BCD译码为DEC,二进制译码DECB两种 图6-3 计数器的指令格式DEC指令的功能是：当两位BCD代码与给定值一致时，输出为“1”；不一致时，输出为“0”，主要用于数控机床的M码、T码的译码。一条DEC译码指令只能译一个M代码。 图6-4a为DEC译码指令格式，图6-4b为应用举例。图6-4 DEC译码指令格式和应用举例DEC译码指令格式为：控制条件ACT=0时，不执行译码指令；ACT=1时，执行译码指令。译码信号地址：指定包含两位BCD码的信号地址译码方式：包括译码数值和译码位数两部分。译码数值即要译码的两位BCD代码；译码位数为01时只译低4位，为10时只译高4位，为11时高低位均译。译码输出：指定地址的译码数与要求的译码值相等时为1，否则为0。在图6-4b中，当执行到加工程序的M03、M04、M05代码时，通过DEC译码指令分别让F10中的M码值和0311、0411、0511中的前两位进行比较，如果相等则R300.3、R300.4、R300.5分别为1，从而分别实现主轴正转、反转及主轴停止的自动控制。其中F7.0为M码选通信号，F1.3为移动指令分配结束信号，F10为FANUC-16/18/Oi系统的M码输出信号地址。对于F1.3指令，当一个程序段总同时指定了移动指令（GO0/G01等）和辅助功能代码（M00/M01/M03等）时，如果加入了F1.3指令，则PMC会保证执行完移动指令后执行辅助功能指令。DECB的指令功能：可对1、2或4个字节的二进制代码数据译码，所指定的8位连续数据之一与代码数据相同时，对应的输出数据位为1。主要用于M代码、T代码的译码，一条DECB代码可译8个连续M代码或8个连续T代码。图6-5a为DEC译码指令格式，图6-5b为应用举例。DEC译码指令格式为：译码格式指定：0001为1个字节的二进制代码，0002为2个字节的二进制代码，0004为4个字节的二进制代译码信号地址：给定一个存储代码数据的地址（比如F10）译码指定数：给定要译码的8个连续数字的第一位（从何处开始译）译码结果输出：给定一个要输出译码结果的地址（放在哪里）图6-5 DECB译码指令格式和应用举例图6-5b中，译码格式指定为0001即1个字节，可译M0-M255范围，而数控机床的辅助代码为M00-M31，所以已经足够。译码信号地址F10为辅助功能信号地址，译码指定数0003表示从03开始译码，译码结果输出放在中间继电器R300的连续8个位中。当加工程序执行到M03时，译码信号地址F10中的值为0003，而译码指定数也为0003，所以对应的译码结果输出R300.0为1。同样的当加工程序执行到M04、M05、M06、M07、M08、M09、M10时, 对应的译码结果输出R300.1、R300.2、R300.3、R300.4、R300.5、R300.6、R300.7分别为1。 二、数控机床M代码功能数控机床执行M00(程序停)：中断程序执行的功能。程序段内的动作完成后，主轴及冷却停止。这以前的状态信息被保护，按循环起动按钮时可重新起动程序运行。 M01(程序选择停)：只要操作者接通机床操作面板上的选择停按钮，就可进行与程序停相同的动作。选择停按钮断开时，此指令被忽略。 M02(程序结束)：是指示加工程序结束指令。在完成该程序段的动作后，主轴及冷却停止，控制装置和机床复M30(程序结束)：是指示加工程序结束指令。在完成该程序段的动作后，主轴及冷却停止，控制装置和机床复位。程序自动回到程序的头。 M03、M04、M05：主轴正转、主轴反转及主轴停止指令。M07、M08、M09：冷却液1、2打开及冷却液关指令。M98、M99：子程序调用及子程序结束指令。M19、M29：主轴定向停和刚性攻丝指令。三系统M代码控制时序图系统读到程序中的M码指令时，就输出M代码指令的信息，FANUC-Oi系统M代码信息输出地址为F10-F13，通过系统读M代码的延时时间TMF（系统参数设定，标准设定时间为16ms）后，系统输出M代码选通信号MF，FANUC-Oi系统M代码选通信号为F7.0。当系统PMC接收刀M代码选通信号(MT)后，执行PMC译码指令（DEC、DECB），把系统的M代码信息译成某继电器为1（开关信号），通过是否加入分配结束信号（DEN）实现移动指令和M代码是否同时执行，FANUC-Oi系统配结束信号(EDN)为F1.3。M功能执行结束后，把辅助功能结束信号（FIN）送到CNC系统中，FANUC-Oi系统辅助功能结束信号(FIN)为G4.3。当系统接收到PMC发出的辅助功能结束信号（FIN）后，经过辅助功能结束延时时间TFIN（系统参