数控机床操作面板设计实验指导书.docx

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数控机床操作面板设计实验指导书

前言

数控技术发展至今，虽仅50多年的历史，但已成为机械制造业的关键技术。

数控机床作为机械制造系统的主要设备正在取代传统的加工设备，高精度、高效率的加工手段又促使其他行业及领域迅猛发展。

航天技术、空间科学、微纳加工都和数控技术的发展息息相关，数控技术已成为工业发达国家制造业竞争的技术制高点。

数控技术，是集信息科学，计算机科学，测试、机械自动化等于一身的综合应用技术，也是本世纪最热门的技术之一，FANUC数控系统是当今世界上数控水平最高，功能最先进，性能最稳定的系统之一，我校机械学院和北京发那科机电股份有限公司于2002年合作建立西安交通大学FANUC数控系统应用中心，该公司赠送我院两套新型数控系统散件，分别是：

FANUCpowermate0（2轴）经济性车床系统和FANUC21i（4轴）高档加工中心系统。

根据我校实际情况，兼顾合作条件，为弥补我校数控教学实验设备的不足，院里挤出教学经费，组织实验人员自行设计开发制作实验设备。

在研究生院博士培养基金的资助下，于2003年完成两台数控实验操作台的制作。

2004年，又在重调处大设备维修基金的资助下，实验中心购置了一套通用普遍型FANUC0i-MB数控系统，对一台坏的万能工具铣床进行改造维修。

这样，我校就拥了FANUC数控系统的经济型、通用型及高档化系列设备，使我校FANUC数控实验设备的全面性在全国重点高校中具有优势。

据此，我们用该成套设备开发设计了FANUC数控系列实验十多个。

首先在硕士研究生的《数控技术及装备》学位课程中，对其两届200多人，进行了人均8学时的开放式数控系统实验。

配合实验编写了《FANUC21i数控系统实验指导书》。

根据2+4+X培养模式的要求，我们又将原系列实验进行综合、并以数控系统分类，开发出三个FANUC数控系统综合型系列实验。

分别为：

（一）数控机床操作面板设计制作（PowerMate0系统）

（二）数控系统操作及加工编程（21i系统）（三）万能工具铣床加工实践（0i-MB系统），向我院大三学生开设。

为了同学们选做实验的方便，特分别编写三册实验指导书。

每个实验自成体系，文字上力求简单易懂，内容上尽量避免重复，且能涵盖FANUC系统操作、应用及开发的基本内容。

使其学生做完实验后，能从理论和实践的结合上有较大的提高。

院实验教学督导组的专家对实验指导书从内容到形式上提出了许多宝贵意见，在此表示衷心的感谢。

由于水平所限，加之时间仓促，错缺之处在所难免，热忱欢迎批评指正。

愿得到更多的指点。

愿和同行们同勉，愿和同学们共进。

编者

2007年4月

实验目的：

1。

使学生了解FANUCpowermate0数控系统的特点，会进行FANUCpowermate0数控系统的硬件连接

2．学会设置FANUCpowermate0数控系统参数，学会进行各种操作。

3．熟悉数控机床的控制原理，能设计制作简单的数控机床操作面板。

4．了解PLC在数控机床上的应用，掌握PMC-SA1的基本指令和常用功能指令，并会用其编制简单的机床控制梯形图。

5．了解FANUC系统与计算机之间的数据传输的方法，会通过RS232口，进行数据备份。

6．熟悉FANUCpowermate0系统自诊断功能，会运用报警信息排除简单故障

7．能编制简单零件的二轴模拟加工程序，并在实验台上运行。

实验任务:

本实验要求学生在已有工作台的基础上，通过学习PLC知识，掌握数控机床的基本原理，以某一数控车床为参考，设计、制作机床操作面板，并针对该面板编制梯形图，调试并用该面板进行数控系统各种功能的控制。

实验内容：

（1）.阅读FANUCpowermate0有关资料及操作手册；

（2）认识FANUCpowermate0系统硬件，画出硬件连接图。

能进行FANUCPowerMate0数控系统的硬件连接

（3）练习FANUCpowermate0数控系统的基本操作。

（4）熟悉FANUCpowermate0数控系统的常用功能。

（5）进行FANUCpowermate0数控系统的基本参数设置。

（6）学习PLC基础知识，掌握PLC在数控机床中的应用。

（7）熟悉FANUCpowermate0数控系统的PMC功能，制作数控车床操作面板。

（8）编写所设计的机床操作面板的控制梯形。

（9）连接和调试设计制作的机床操作面板，并用其进行各种操作。

（10）在存储卡中备份或恢复FANUCpowermate0数控系统的参数及梯形图。

（11）以某一简单轴类零件为对象，编制程序，并进行模拟运行。

（12）对设计的机床操作面板进行分析及评价。

（13）撰写实验总结并答辩。

仪器设备:

1．FANUCpowermate0数控系统实验操作台一台

2．FANUCACSERVOMOTORａC12/2000二台，操作台及伺服电机见图1-1

图1-1FANUCpowermate0数控实验台机伺服电机

3．计算机一台

4．有机玻璃板、印刷电路板、电子元件、烙铁，万用表等工具。

5.编辑卡及存储卡。

实验原理及方法:

一.FANUCpowermate0数控实验台简介

1.系统特点

BEIJING-FANUCPowerMate0，也称经济型数控系统，控制2轴小型车床用的高可靠性CNC，它可使普通车床经济地实现CNC化。

可控制2台性能价格比好的FANUCβ系列AC伺服电机。

采用了最新的硬件技术，所以小型、紧凑、可靠性高。

由于内部装有能进行顺序控制的PMC，可以简化外部强电盘的继电器。

具有螺纹切削、恒线速控制、刀尖半径补偿、直径/半径指定等车削特有的功能。

此外，为了简便地制作加工程序，还配了用户宏程序功能；提高加工精度地补偿功能。

设定显示装置有2种可供选择，画面清晰、操作方便、可显示中文CRT/MDI和性价比好地DPL/MDI。

2．PowerMate0的主要硬件

（1）CNC模块

（2）电源及伺服放大器模块（3）CTR显示器

（4）MDI小键盘（5）I/OLINCE板（6）电源变压器（7）伺服电机

3．FANUCpowermate0系统的连接

实验台电路原理图如图1-2所示，从图中可看出，380伏三相交流电经交流接触器进入三相电源变压器，得到200伏三相交流电。

这是由于日本的用电制度和我们不同所致。

主回路中的三相交流电变压后进入伺服放大器，经变频后为伺服电机提供动力。

直流回路电源则由开关电源提供。

直流24伏进入CNC装置、I/O装置及显示装置。

图1-2PowerMate0系统连接原理图

二．PowerMate0系统功能及操作

（一）系统的起动及开关步骤

对一般的数控系统，都有一个NC和电源模块、伺服模块、主轴模块等的通电顺序，但系统用于设备后，设备厂家在控制电路中已经考虑了这一问题，从硬件上予以保证。

因此，在操作设备时，应严格按照操作规程进行，以保证设备的正常运行，及延长设备的寿命。

通电顺序通常按照先开交流（AC200V），后开直流（DC24V）的原则。

交流200V通常包括机床所有电源及伺服放大器电源。

直流24V通常为CNC电源（含显示装置电源）。

断电的顺序则相反，即先关直流，后关交流。

这是因为CNC在开启后或关闭前都要对伺服等参数进行扫描，当伺服系统未开或已关都会造成相关参数的丢失。

作为系统开发人员，一定要在控制电路中保证这一点。

具体操作如下：

1．外电源接通后，最右边黄色指示灯亮。

2．按下交流控制按钮（钥匙），交流指示灯亮，，电源模块、伺服模块等工作。

3．按下直流控制按钮，直流指示灯亮，显示器、主板得电启动，MA（机床准给好）、SA（伺服准备好）指示灯以次亮起并听得伺服继电器动作声。

表示启动成功。

关机步骤则按上述逆操作。

（二）系统启动时的信息

对于CNC系统启动的过程，普通操作者也许并不在意，他们更关心的是能否启动，但作为系统的开发及维修人员，却必须注意系统启动时给出的信息，这通常包括插槽的状态显示；各模块的设定显示；软件配置的显示等。

（由于powermater0外围设备较少，启动过程很快结束，后续实验用到的0i及21i系统启动过程则较长，观察信息相对要容易些。

）系统正常时，进行上述显示后，即转为位置显示画面。

如图1-3所示。

图1-3位置显示画面

在位置显示画面的下方显示出CNC当前的状态，其内容及所代表的意义如下：

①机床操作面板的方式选择状态

MEM:

自动运转（存储器运转）方式MDI:

手动数据输入方式

EDIT:

程序编辑方式RMT:

远程运转方式JOG:

手动连续进给方式

REF:

返回参考点方式INC:

增量进给方式或步进方式HND:

手轮进给方式

TJOG:

手动进给示教方式THND:

手轮进给示教方式

②运转的状态

STRT:

自动运转起动状态（正在执行程序的状态）

HOLD:

自动运转暂停状态（中断了一个程序段而暂停）

STOP:

自动运转停止状态

****:

其他状态（接通电源适合自动运转结束的状态）

③自动运转的状态

MTN：

用程序执行注意动的状态

DWL:

用程序执行听到指令的状态

***:

其他状态

④辅助功能的状态

FIN:

执行辅助功能时，等待完成信号”FIN”的状态

***:

其他状态

⑤急停和复位状态

EMG:

急停信号作用的状态

RESET:

CNC复位状态（复位信号或RESET件作用的状态）

⑥报警状态

ALM:

显示监测到报警的状态

BAT:

电池电压过低（需尽快更换电池）

空白：

其他状态

⑦时钟显示:

时：

分：

秒

⑧程序编辑等的状态

输入：

正在通过阅读机/穿孔机接口（RS232接口）输入数据

输出：

正在通过阅读机/穿孔机接口（RS232接口）输出数据

SRCH:

正在检索程序存储器内的数据

EDIT：

正在进行程序的插入、修改等编辑工作

LSK:

输入（读取）数据跳过标志（读取到有效信息之间的状态）

空白：

没有进行编辑工作的状态

（三）系统自身的操作

系统自身的操作通常在显示器软键及MDI键盘上进行。

MDI键盘如图1-4所示。

图1-4MDI键盘

通常可进行以下操作：

a.位置显示画面的操作b.程序显示画面的操作c.刀具补偿显示画面的操作d.设定显示画面的操作e.系统显示画面的操作f.报警信息显示画面的操作.

Fanuc系统MDI键盘说明如表1：

表1MDI键盘说明

（四）系统对机床的控制

系统对机床的控制通常是通过机床操作面板实现的，FANUC系统有专用操作面板产品。

许多机床厂家也生产有自己独特风格的面板。

不管哪种面板，其操作基本相似，都是在选择操作方式后进行的。

FANUCpowermate0数控系统试验操作台的操作面板如图1-5所示。

1-液晶显示屏2-MDI键盘3-交流电压表4-交流电流表5-手摇脉冲发生器6-指示灯

7-急停开关8-方式选择开关9-主轴速率开关10-手动进给速率开关11-辅助功能开关

图1-5操作面板图

操作面板通常由操作模式选择开关、主轴转速倍率开关、进给速度倍率开关、各种辅助功能开关及手轮等组成。

对机床的操作主要有手动操作和自动操作。

手动操作有：

手动返回参考点、手动连续进给、增量进给、手轮进给等。

自动运行有：

存储器运行、MDI运行、DNC运行等。

使用频率最高的操作是手动连续进给、手轮进给、手动返回参考点、MDI运行、MEM运行五种。

分别介绍如下:

1．手动连续进给操作

（1）．操作模式选择开关旋于JOG位置；

（2）．将进给倍率旋钮选择定于较低位置如10%；

（3）．在MDI键盘上按下POS键，调出显示位置屏幕。

（4）．按下JG+1,X轴向正方向旋转，位置显示画面中的X轴绝对坐标增加。

若按JG_1，则X轴向反方向旋转，位置显示画面中的X轴绝对坐标减小（注意：

不能同时按下同轴正反两个方向的JG按钮）。

（5）．按上述方法也可对Z轴、进行正反方向的操作。

2．手轮进给操作

当要对各轴进行精确的微量移动操作，如调整主轴ATC（自动刀具交换）操作时的各轴坐标、设定各轴的原点、设定工件坐标系等。

手轮进给比手动进给有更好的准确性和可控性。

（1）．操作模式选择开关旋于HND位置；

（2）.选定手轮进给轴（如HX轴）；

（3）．选定手轮进给倍率，选择X1档时，旋转一刻度，实际量为1，选择X10档时，旋转一刻度，实际量为10，选择X100档时，旋转一刻度，实际量是100。

（4）．在MDI键盘上按下POS键，调出显示位置屏幕。

（5）．摇动手轮顺时针旋转，位置显示画面中的X轴绝对坐标增加。

若手轮向逆时针方向旋转，位置显示画面中的X轴绝对坐标则减小。

3．手动返回参考点

机床每次关机时的坐标位置时不定的，因此，每次开机后运行程序之前，必须进行一次（仅一次）返回参考点操作，以便程序运行的坐标正确。

操作方法是：

（1）操作模式选择开关旋于REF位置;

（2）按下JG+1，JG+2，两伺服电机朝正方向运转

（3）搬下DEC1,DEC2开关，伺服电机减速。

（4）搬起DEC1,DEC2开关，电机停止，返回参考点成功，ZRN指示灯亮。

4．MDI运行操作

MDI运行就是通过MDI键盘作为输入装置，最多编制十行程序并被执行的运行方式，其程序格式和通常程序是一样的。

在对机床进行日常的维修和保养作业中，要调试和检测在自动运行状态下的某一个特定动作，如主轴喷淋、ATC（自动刀具交换）动作、主轴定位等。

MDI运行为进行这样的操作提供了可能。

现仅就伺服轴操作加以说明：

伺服轴移动的操作

在MDI运行状态下，也可进行伺服轴的移动操作。

以X轴为例:

（1）．按下MDI键盘上的POS键;察看X轴起始坐标如X0.000；

（2）.操作模式选择开关旋于MDI位置；

（3）．按下MDI键盘上的PROG（程序）键；

（4）．在MDI键盘上按键输入X轴从0.000移动移动到10.000的指令

（5）.按下循环启动按钮

（6）.按下MDI键盘上的POS键;察看X轴移动后坐标如X10.000；

5．MEM运行操作

（1）．操作模式选择开关旋于MEM位置;

（2）.按下MDI键盘上的PROG（程序）键；

（3）.在MDI键盘上按键输入所要调用的程序号如O001

（4）.在显示器下方按软键O检索；

（5）.按下循环启动按钮，则开始运行已有程序1。

（五）．操作注意事项及安全保护

1.严格按照开、关机顺序操作。

2．实验台运行中，不要将手伸入电器柜中，以免触电。

3．不要用手去摸转动的电机轴。

4．绝不能随意更改系统参数及原有设置。

5．发现机器有异常情况立即按急停键，并报告老师等候处理。

三．机床操作面板概述

机床操作面板，是数控机床操作的主要输入设备。

通常为了方便操作，操作面板上通常包括以下一些功能：

①方式选择开关，②手动进给速率选择开关，③手轮轴选择开关，主轴速率选择开关④手轮倍率选择开关，⑤手轮，⑥各种辅助功能按钮。

包括（程序启动按钮，手动轴进给按钮，主轴正反转按钮,程序保护开关等）。

（一）利用FANUC标准机床操作面板的设计方法

最终用户可以定购FANUC的机床操作面板进行机床面板的设计，由于fanuc系统配套的机床操作面板具有较好的用户设计界面，即机床操作面板的按键可重新排布或定义，所以，机床制造厂可以按照自己机床的类型，风格进行设计。

而且，该机床操作面板除了主面板的键址以外，还有如下信号可以利用，用以实现脚较规范的面板设计。

（1）通过I/OLink输出的输入/输出信号

如机床操作面板的信号示意图所示，地址为：

Xm+0,1,2……（地址表中信号名称为GDI0~GDI18）和Yn+5.3…….（地址表中信号名称为GDO0~GDO7）

（2）通过印刷电路板的信号转接信号

该信号用于操作面板侧信号的转接而设计的，如机床操作面板的信号示意图所示，信号名称为TR1~TR8，该信号仅仅用于把通用开关信号（通过CA65插座）连接到强电柜侧的信号转接用。

例如：

将一开关信号连接到CM68的TR3上，由于CA65插头的TR3与该点相连，该信号就通过CM65连接到强电柜中了。

1．标准机床操作面板的视图：

外观前视图如图1-6所示。

图1-6FANUC标准机床操作面板的外观前视图

标准机床操作面板的后视图如图1-7所示

图1-7FANUC标准机床操作面板后视图

2．．Faunc系列-机床操作面板的信号示意图

机床操作面板的信号示意图如图1-8所示：

主面板通过JAIB接口和FANUCI/OLINK连到NC系统，通过CA65接口和强电柜相连，

图1-8机床操作面板的信号示意图

（二）通用机床操作面板的一般设计方法

在机床设计中，机床厂家可以根据根据机床的实际需要进行不同的选择和设计，其一般是通过FANUC系统的标准输入输出接口进行设计，此方法因为全部使用的是输入输出的点进行的连接，连接的接点较多，工作量较大，生产的效率较低，不利于大批量的生产。

但是，制造的成本较低，机床的个性化较强。

本实验中要求学生学会这一方法。

1．面板的视图

面板前视图如图1-9所示，面板后视图如图1-10所示。

图1-9机床操作面板前视图

图1-10机床操作面板后视图

2.接口示意图

图1-11接口示意图

从图1-11中可看出，机床侧的DI/DO信号，是构成机床操作面板的主要内容。

PMC（可编程序控制器）则是机床和NC之间的桥梁，也是机床控制的基础。

数控系统的功能实现是靠G/F信号完成的，因此必须清楚这些信号所表示的实际意义及地址。

3．信号地址。

PMC程序中的地址，也就是代号，用于代表不同的信号。

FANUCPowerMate0的信号名称多达上百个，F、G地址各有255个，每个地址又有8个位地址，X、Y地址分别为6个和4个，同样，每个地址也有8个位地址。

下面只列出一些主要的信号地址，详细需查阅地址一览表（见参考资料）

4．I/O模块针脚与地址分配

CE56和CE57是I/O模块与操作面板的接口，有50针的引脚。

其排列如表2：

表2I/O接口针脚排列图

CE56

CE57

+24V

X0.0

X0.1

X3.0

X3.1

X0.2

X0.3

X3.2

X3.3

X0.4

X0.5

X3.4

X3.5

X0.6

X0.7

X3.6

X3.7

X1.0

X1.1

X4.0

X4.1

X1.2

X1.3

X4.2

X4.3

X1.4

X1.5

X4.4

X4.5

X1.6

X1.7

X4.6

X4.7

X2.0

X2.1

X5.0

X5.1

X2.2

X2.3

X5.2

X5.3

X2.4

X2.5

X5.4

X5.5

X2.6

X2.7

X5.6

X5.7

DICOMO

DOCOM5

Y0.0

Y0.1

Y2.0

Y2.1

Y0.2

Y0.3

Y2.2

Y2.3

Y0.4

Y0.5

Y2.4

Y2.5

Y0.6

Y0.7

Y2.6

Y2.7

Y1.0

Y1.1

Y3.0

Y3.1

Y1.2

Y1.3

Y3.2

Y3.3

Y1.4

Y1.5

Y3.4

Y3.5

Y1.6

Y1.7

Y3.6

Y3.7

DOCOM

注：

1）急停信号必须指定地址为X4.0，所以X0应指定为输入信号。

DICOMO（CE56-A14）必须接0V。

2）X5.0～X5.7为输入脚，其公共电压是可以选择的。

即将CE57（B14）接＋24V,DI输入信号被反相，而将其接地电平时，输出与输入相同。

为避免这一情况，建议将DICOM5（CE57-B14）接0V。

3）对于公共电压固定未用的DI脚，其逻辑固定为0，当DICOM5（CE57-B14）接0V时，其逻辑固定为0。

当DICOM5（CE57-B14）接＋24V时，其逻辑固定为1。

当DICOM5（CE57-B14）脚断开时，未用的逻辑脚不定。

5．I/OLinK与DI/DO的连接

I/OLink将模块的I/O信号连接到机床操作面板上，连接操作按钮，机床执行元件的继电器，表示状态的LED等。

作为一个实验面板，我们用LED来表示实际机床上驱动执行元件的Relay（继电器）。

I/O模块使用的接口为[CE56]和[CE57].连接见图1-12，其中RV（Receiver）、DV（Drive）分别为信号接收器和信号驱动器，是PMC的信号处理电路。

图1-12PMC处理电路连接图

6.梯形图编制

梯形图是PMC的编程语言之一。

它是一种图形语言，它沿用继电器的触点、线圈串并联等术语和图形符号，并增加了一些继电器控制系统没有的符号。

梯形图比较直观形象，深受电器控制工程技术人员的欢迎。

（1）PMC系统管理软件数据的设定

PMC中有20个字节160个保持继电器位地址。

K0-K16位一般通用地址，K17到K19为PMC系统程序保留区域，这些地址由PMC系统管理软件所使用，因而在使用保持型继电器的时候应加以改变，不能用作顺序程序的输入继电器使用。

K17#7#6#5#4#3#2#1#0

|DTHLDSP|ANASTAT|TRCSTART|MEMINP||AUTORUN|PRGRM|LADMASK|

＃70:

显示PMC数据表控制画面

1：

不显示PMC数据表控制画面

＃60:

在使用信号波形显示功能时，通过压下“执行”软键来启动采样

在使用信号波形显示功能时，开机自动启动采样

＃50:

在使用追踪功能时，通过压下“执行”软键来启动追踪

在使用追踪功能时，开机自动启动追踪。

＃40:

在使用存储器内容显示功能时，不能输入数据

在使用存储器内容显示功能时，可以输入数据

＃20:

在由RAM运行时，上电后程序不自动运行

在由RAM运行时，上电后程序自动运行

＃10:

编辑功能取消（不显示编辑器菜单）

可以实现编辑功能（显示编辑菜单）

＃00:

执行动态梯形图显示（PMCLAD）

不执行动态梯形图显示（PMCLAD）

设定K17为:

K18＃7＃6＃5＃4＃3＃2＃1＃0

＃50:

执行系统ROM和程序ROM/RAM奇偶校验

不执行系统ROM和程序ROM/RAM奇偶校验

＃40:

使用内装编程功能时执行RAM奇偶校验

使用内装编程功

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