基于FANUC數控系統回參考點程序設計及改進*

沈鉆科

（常州劉國鈞高等職業技術學校，江蘇常州 213000）

0 引言

在數控車床維修改造中遇到機床功能面板按鍵使用不當、造成損壞、機床無法使用等情況時，更換系統原功能面板代價過于昂貴。為節約維修成本，使用國內廠家生產的功能面板能實現原功能面板的效果，但更換硬件后控制機床功能的梯形圖也需要根據硬件進行修改。本次設計以回參考點按鍵功能失效，更換硬件為例，設計改進數控機床回參考點梯形圖程序。

1 回參考點原理

數控機床參考點是數控系統用于測量機床進給軸實際移動距離的基準位置點[1]。當數控車床的位置反饋元件使用增量式的旋轉編碼器或者增量式的光柵尺時，數控車床在接通電源剛開機時，無法確定當前位置在機床坐標系中的實際坐標位置，所以必須經過回參考點的運動，使機床到達參考點，從而確定機床原點，即刀架返回參考點的運動過程[2]。只有機床參考點被確認后，機床的進給軸移動才有基準。

數控機床由于伺服系統類型不同，參考點的動作、細節有所不同，主要可以分兩種類型，一類是閉環或半閉環控制數控機床運用的柵格回參考點法，另外一類是開環控制數控機床運用的磁開關回參考點法[3]。

CKA6150數控車床（采用FUNUC Oi-TF系統）系統類型為半閉環控制伺服系統，采用增量式伺服電機，其測量元件是增量式脈沖編碼器。采用柵格回參考點的方法，通常也被稱作有擋塊回零[4]，機床在斷電后第一次開機時，無法確定各軸當前位置在機床坐標系中的實際位置，因此每次開機時都需要進行回參考點的操作。

下面以CKA6150數控車床（采用FUNUC Oi-TF系統）為例，簡要敘述回參考點的原理和過程，如圖1所示。

圖1 參考點返回時序圖（擋塊方式）

（1）在數控機床操作面板上找到回零（回考點）工作方式，將旋鈕開關旋轉至回零工作方式，然后選中并按下機床設置的伺服軸回零方向按鍵，使伺服軸按照系統設置好的速度移動至參考點。

（2）當接近參考點時，隨工作臺一起運動的減速檔塊壓下參考點開關觸頭，使減速信號（*DEC1、*DEC2、*DEC3之一）由通（ON）轉為斷（OFF）狀態[5]，機床工作臺會立即減速并按參數設定的速度繼續運動。減速讓運動部件的移動慣量變小，直至準確地停留在參考點位置上。當機床上所有的進給軸都完成這一過程后，那么機床即完成了回參考點的運動過程。

機床操作過程中，只要不改變滾珠絲杠與脈沖編碼器之間的相對位置或不調整參考點檔塊已經校定的位置，柵格信號就會以很高的重復精度出現。

2 回參考點功能程序設計

下面以CKA6150數控車床（采用FUNUC Oi-TF系統）為例，介紹PMC程序的設計。

2.1 回參考點單鍵自鎖程序

圖2 所示為設計回參考點按鍵單鍵自鎖功能的PMC 控制程序。解讀單鍵自鎖程序功能如下。

（1）PMC 程序第一周期掃描執行過程，按下回零工作方式按鍵，程序第二行輸入信號常開觸點X7.5 閉合得電時，R101.1 線圈得電，PMC程序中所有R101.1 常開觸點閉合；按照PMC程序執行的原則，第三行R101.1常開觸點閉合，通過R101.0 的常閉導通信號R101.2 線圈，R101.2 線圈得電，第四行R101.2 常開觸點閉合，通過R101.3 的常閉觸點，導通R101.3 線圈，R101.3 線圈得電，R101.3 常閉觸點斷開，同時R101.3 常開觸點閉合，這時梯形圖根據從上至下逐行執行的原則，R101.3 常閉觸點有變化，第一周期執行過程結束，不會使R101.3線圈產生變化。本段PMC程序R101.3線圈為最后一節內容，執行完畢。

（2）PMC 程序第二周期掃描執行過程，PMC 程序在第一周期掃描執行過程中R101.1 常開觸點已經閉合，當系統執行第二次掃描程序時，R101.0 線圈得電，程序第三行R101.0 常閉觸點斷開，使得R101.2 線圈失電，這時候務必注意數控機床PMC程序執行速度為毫秒單位，因此操作者是否此時松開回零工作方式按鍵，使常開觸點X7.5 產生變化，都不會對R101.2 線圈產生影響；第四行R101.2 常開觸點復位，R101.2常閉觸點復位，這時由于第一周期時R101.3 線圈得電，R101.3 常閉觸點斷開，R101.3 常開觸點閉合，最終R101.3 線圈實現自鎖。本段PMC程序設計最終實現功能按一次按鍵當前功能保持，再按一次按鍵功能關閉。

圖2 回參考點單鍵自鎖方式選擇功能

2.2 工作方式選擇程序

圖3～4所示為根據CKA6150數控車床設計方式選擇功能的PMC控制程序。解讀方式選擇程序功能為：下面兩段PMC程序不受期掃描周期影響其執行過程，圖2 通過輸入信號X1.2、X1.3、X1.4 常開和常閉觸點組合可實現分別導通手動R100.0、自動R100.1、手動編輯（MDI）R100.2、存儲器編輯R100.3、手搖R100.4五個信號[5]，輸入信號X1.2、X1.3、X1.4通過相互之間地通過硬件結構上，先后接觸導通實現上面5種信號不能同時得電。

圖3 方式選擇撥扭信號

如圖4 所示，R 信號線圈得電后，導通G 信號（G0043.3～G0043.3，G0043.5，G0043.7）到CNC，數控系統工作方式的功能實現最終是將FANUC定義的方式功能G信號導通。G信號方式選擇組合信號如表1所示。

圖4 方式選擇信號

表1 方式選擇信號

2.3 進給軸正負方向選擇

圖5 所示為根據CKA6150 數控車床設計進給軸正負方向選擇功能的PMC 控制程序，解讀進給軸正負方向選擇功能：本段PMC程序不受期掃描周期影響其執行過程，坐標軸方向按鍵輸入信號X0.5、X1.0、X1.1、X0.6 常開和常閉觸點互鎖組合可實現分別導通進給軸方向信號G100.0、G100.1、G102.0、G102.1，以及按鍵指示燈信號Y0.5、Y1.0、Y1.1、Y0.6。

綜上所述，通過3 段PMC 程序功能，最終實現了CKA6150 數控車床進給軸回參考點的功能，達到了程序設計要求。

圖5 回參考點方向選擇PMC程序

3 回參考點程序改進設計

CKA6150 數控車床回參考點功能程序在后期實際運行調試過程中發現，數控機床開機回零后，操作人員必須全程按住機床操作面板上的方向鍵，手一松開方向按鍵，回參考點功能無法完成，操作步驟比較繁瑣。針對以上PMC程序進行功能二次開發，在不改變大功能的結構下，單獨對回參考點方向的選擇程序進行優化，改進要求能達到按下回參考點方向鍵，手松開后機床仍能自動返回參考點的功能。

圖6 所示為優化設計后的PMC 程序。在程序設計中，使用平時會被編程設計人員忽視的F信號。F信號是由CNC內部發出傳送到PMC的信號，該種信號由CNC廠家設定，PMC編程人員只可使用不可更改，查閱資料PMC信號指令表中有回零結束信號 F94.0、F94.1、F94.2、F94.3 的功能[6]。F94.0 為X+回零結束信號；F94.1 為Z+回零結束信號，其對應的G 信號分別為G100.0 和G100.1；F4.5 為手動回零方式確認信號，查閱資料PMC功能指令表中有置位（S）和復位（F）功能指令，本次設計將運用以上指令。

圖6 回參考點方向選擇改進PMC程序

解讀回零功能：本段PMC程序不受期掃描周期影響其執行過程，當回零信號選通時按下X+，則X0.5導通R150.0置位線圈，使R150.0 保持得電在手動方式下（R100.0 得電）保持G100.0得電。當機床X軸回到零位時，F94.0的常開導通，復位 R150.0 線圈得電使 G100.0 失電 X 軸回零結束。Z 軸與 X 軸原理相同，此種方法避免了機床在使用過程中出現報警后，無法二次回零的問題，結構簡單明了，實現了CKA6150 數控車床進給軸回參考點的功能，達到了程序設計要求。

4 結束語

本文數控系統回參考點程序的設計及改進，解決了數控機床在維修更換硬件后，原有梯形圖程序和硬件不匹配，數控系統無法正常工作的問題。在原梯形圖的基礎上，將機床回參考點功能進一步優化，實現了按下回參考點按鈕，數控機床能自動回參考點的功能，提高了機床及操作人員的工作效率，使數控車床功能顯得現代化，滿足了現代數控機床的實際需求。