FANUC 0i-MF數控機床冷卻系統PMC程序設計

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

關鍵詞：數控機床;冷卻系統;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

數控機床作為智能制造的基石，能夠實現生產過程的數字化、智能化和靈活化，為企業提供了更加高效、精準和可靠的生產解決方案，推動了制造業向智能化和高端化方向的發展。作為“中國制造2025”戰略行動規劃中重點發展領域之一的數控機床的制造研發受到廣泛重視[1-3]，其研發技術水平決定了我國制造業發展的高度。隨著數控機床的發展，其加工可靠性和效率方面是不可忽視的。在數控加工過程中，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，導致工件加工質量降低，甚至損壞刀具，影響正常加工生產，因此為了在加工過程中有效地控制加工區域的溫度，保持加工穩定性和工件質量，配合數控機床加工過程中需要對工件和刀具進行冷卻[4]。

數控機床的冷卻功能可通過冷卻液、空氣冷卻、冷卻系統以及溫度傳感器和控制系統等多種方式實現，在FANUC 0i-MF數控系統中，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噴淋至刀具和加工區域，吸收和帶走切削時產生的熱量，從而降低加工區域的溫度，減少刀具磨損，并幫助排除切削時產生的切屑，如圖1所示。因此數控加床的冷卻功能可以保證產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" 數控機床冷卻系統工作原理

數控機床冷卻系統主要包括冷卻泵、冷卻電機、冷卻液管路與冷卻液等部分。數控機床冷卻系統利用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，從而實現冷卻液的開與關。冷卻控制系統電氣原理如圖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，驅動冷卻泵運轉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數控系統中主要通過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，便可實現對冷卻泵電機啟停的控制。

2" 冷卻控制系統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;自動冷卻是在數控機床在自動、遠程或手動輸入數據等工作模式下，通過數控系統執行加工代碼來實現冷卻液的通斷控制[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數控系統中，PMC與機床之間有關冷卻的輸入/輸出信號地址見表1。

由此可知，手動冷卻功能的實現是通過單鍵交替執行輸出的，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，如此往復執行。該功能可以利用二分頻控制信號實現，即輸入信號的頻率為輸出信號頻率的2倍。參考FANUC 0i-MF數控系統輸入輸出地址表，設計手動冷卻功能的PMC程序，如圖4所示。

當第一次按下冷卻按鈕（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常閉觸點來實現在按鈕松開時冷卻功能自鎖;當第二次按下冷卻按鈕，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數控系統PMC程序設計中也可以利用功能指令來實現信號通斷。在手動冷卻的PMC程序中，中間繼電器R110.0的狀態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，常用于單鍵交替執行，開關防抖等功能。利用SUB57功能指令實現手動冷卻的PMC程序設計，如圖6所示。

當第一次按下冷卻按鈕（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常閉觸點來實現在按鈕松開時冷卻功能自鎖;當第二次按下冷卻按鈕，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，實現自動化加工生產。在FANUC 0i-MF數控系統中通常由M代碼來實現冷卻功能控制，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F7.0狀態選通將M代碼的輸出地址F10～F13，從#3位開始，譯碼1個字節長度的內容到中間繼電器R10中進行輸出，如圖7所示。其中M代碼輸出地址內容見表2，R10輸出地址內容見表3。由此可知，M08（冷卻液開）對應信號地址為R10.5，M09（冷卻液關）對應信號地址為R10.6。

結合譯碼結果，在手動冷卻功能基礎上添加自動冷卻功能控制的PMC程序設計，如圖8所示。當CNC加工程序掃描到M08時，F7.0狀態置“1”，常開觸點R10.5狀態置“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，F7.0狀態置“1”，常閉觸點R10.6狀態置“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，冷卻液關閉。

3" 結論

在數控機床的整體電氣控制系統中，冷卻系統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。因此作為技術人員需要了解FANUC數控系統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數控系統的PMC程序有助于對數控機床控制運行原理的理解，在數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控機床精細化可靠性分配方法研究[D].長春：吉林大學，2023.

[2] 聶榮臻.數控機床中心出水冷卻裝置設計[J].造紙裝備及材料，2022，51（2）：82-84.

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

[4] 王玉功，梁兵，周先利.數控機床中心冷卻壓力自動調整的方法[J]金屬加工（冷加工），2021（2）：88-89.

[5] 周蘭，陳少艾.FANUC OiD數控系統連接調試與PMC編程[M].北京：機械工業出版社，2012：72-73.

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

基金項目：蕪湖職業技術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。研究方向為數控技術、機電一體化。