FANUC.docx
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FANUC
毕业设计说明书
课题名称：
FANUC0iD系统数控车床PMC程序设计
起讫时间：
2016年2月22日～2016年4月15日
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
FANUC0iD系统数控车床PMC程序设计
摘要
为实现数控车床的自动化，根据FANUC0iMate-TD数控系统的电气控制特点和数控车床的电气控制要求,运用FANUCPLC的使用和编程技术来完成冷却、润滑、刀架、主轴的PLC控制程序设计。
其设计思路和方法可为其他机电一体化产品控制系统设计提供借鉴。
关键词：
数控系统；Fanuc；PLC；刀架
目录
摘要I
第1章绪论1
1.1数控技术1
1.2数控机床专用PLC1
第2章FANUC数控系统介绍3
2.1数控系统的组成3
2.2软件功能4
第3章机床数控化改造5
3.1数控机床的优越性5
3.2数控机床操作面板5
3.3数控机床的工作流程6
3.4操作面板及I/O分配7
3.5选择PMC的型号，并分配地址7
3.6数控系统功能指令10
第4章操作面板梯形图11
4.1 控制梯形图11
4.1.1模式选择11
4.1.2主轴控制系统12
4.1.3润滑系统13
4.1.4冷却系统15
4.1.5刀架选择16
4.1.6切削进给速度倍率选择17
4.1.7进给系统的控制原理18
4.2PMC软件调试18
第5章小结19
参考文献20
致谢21
第1章绪论
1.1数控技术
数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。
世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。
工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
FANUC数控系统应用越来越广泛，FANUC数控系统的优越性表现越来越广泛。
FANUC 数控系统以其高质量、低成本、高性能,得到了广大用户的认可,并得以大量使用, 就其系统本身而言,经受了连续长时间的工作考验,故障率较低。
而故障多发于外围行程、限位开关等外围信号检测电路上。
1.2数控机床专用PLC
可编程控制器（PLC）是将继电器控制的概念和设计思想与计算机技术及微电子技术相结合而形成的专门从事逻辑控制的微机系统，梯形图是PLC的程序主要表达方式之一，在工业上最为普级的控制器，它原以是来代替继电器控制回路的，发展到今天出现了通讯、模拟、运算、等功能，它的优点是：
控制稳定、操作简单、编程效率高等优点；
在PLC系统应用中，梯形图的设计往往是最主要的问题。
梯形图不但沿用和发展了电气控制技术，而且其功能和控制指令已远远超过电气控制范畴。
它不仅可实现逻辑运算，还具有算术运算、数据处理、联网通信等功能，是具有工业控制指令的微机系统。
由于梯形图的设计是计算机程序设计与电气控制设计思想结合的产物，因此，在设计方法上与计算机程序设计和电气控制设计既有着相同点，也有着不同点。
对开关量控制系统梯形图的设计，常用的有以下几种常用方法。
（1）替代设计法：
所谓替代设计法，就是用PLC机的程序，替代原有的继电器逻辑控制电路。
（2）逻辑代数设计法：
由于电气控制线路与逻辑代数有一一对应的关系，因此对开关量的控制过程可用逻辑代数式 表示、分析和设计。
利用这种方法设计，最大的特点是可以把很多的逻辑关系最简化。
当然出于可靠和安全性角度考虑的冗余设计是另外一个问题。
（3）程序流程图设计法：
PC采用计算机控制技术，其程序设计同样可遵循软件工程设计方法，程序工作过程可用流程 图表示。
由于PC的程序执行为循环扫描工作方式，因而与计算机程序框图不同点是，PC程序框图在进行输出刷新后，再重新开始输入扫描，循环执行。
（4）功能模块设计法:
根据模块化设计思想，可对系统按控制功能进行模块划分，依次对各控制的功能模块设计梯形图。
当然，在设计中要注意模块之间的互相影响时、时序关系，以及联锁指令的使用条件。
同一种控制功能可有不同的软件实现方法，应根据具体情况采用简单实用的方案，并应充分利用 不同机型所提供的编程指令，使程序尽量简洁。
当然还有经验法、随机逻辑编程等。
在系统设计中对不同的环节，可根据具体情况，采用不同的设计方法。
通常在全局上采用程序框图及功能模块方法设计；在旧设备改造中，采用替代法设计；在局部或具体功能的程序设计上，采用逻辑代数法和经验法。
第2章FANUC数控系统介绍
2.1数控系统的组成
FANUC系统是由主模块和I/0模块组成。
主模块的功能是用于主轴控制（模拟量和数字串行主轴）的信号接口、各个伺服进给控制信号接口、伺服进给轴的位置反馈信号接口（光栅尺或分离型编码器）、存储卡和编辑卡接口等。
I/0模块的功能是为机床提供信号的输入/输出信号接口、LCD（或CRT）视频信号接口、系统MDI键盘信号接口、机床手摇脉冲发生器的信号接口及系统通信信号接口等。
系统结构图见图2-1，FANUC系统主轴及I/O模块结构图见图2-2。
图2-1FANUC系统结构图
图2-2FANUC系统主轴及I/O模块结构图
（1）系统主模块
系统主模块包括系统主板和各功能小板（插接在主板上）。
系统主板上安装有系统主CPU、系统管理软件存储器ROM、动态存储器DRAM、伺服l/2轴的控制卡等。
功能小板有用来实现PMC控制的PMC模块、用来存储系统控制软件/PMC顺序程序及用户软件（系统参数、加工程序、各种补偿参数等）的FROM/SRAM模块、用于主轴控制（模拟量主轴或串行主轴控制）的扩展SRAM/主轴控制模块以及3/4伺服轴控制模块。
如图所示，①为PMC控制模块②为扩展SRAM/主轴控制模块③为FROM/SRAM模块④为3/4伺服轴控制模块。
（2）系统I/0模块
系统I/0模块内有系统用的电源单元板（为系统提供各种直流电源）、图形显示板（为可选配件）、用于机床输入/输出控制的DI/D0、系统显示（视频信号）接口、通信接口（JD5A、JD5B）、MDI控制接口及手摇脉冲发生器控制接口等。
2.2软件功能
（1）CNC功能
系统软件的开放性和友好界面，帮助性的编程方式。
定义的固定循环并使用户很方便地根据其加工特性进行编写自己的固定循环，用户集成的G代码功能。
M功能和PLC功能的调用子程序，E参数（用户可以通过E参数来读取或改变CNC的数值）。
强大的通讯功能（RS232IRS4221RS485），边加工边传输功能。
提高了计算机的CAD/CAM程序的加工能力。
完善的丝杠螺距补偿。
FANUC的螺距补偿为线性补偿，补偿中仅把相应的拐点坐标值输入即可。
并且没有固定的距离和补偿值的限制。
（2）PLC功能
梯形图的PLC程序，多任务的PLC程序的编程结构，提高了PLC程序的编写和可读性。
梯形图PLC程序在屏幕上的动态显示，方便了最终用户的维修。
丰富的PLC和CNC交换信息量,PLC图形界面的管理。
（3）强大的编程软件
GSKCC软件。
Windows环境下并运行在PC计算机上，PLC程序的编写工具，方便的机床程序管理。
简便的通讯能力（PCIONC间为主从关系，所有操作均在PC侧完成），动态的PLC程序显示（PC侧）。
GSKCC软件Windows环境并运行在PC计算机。
调整NC的机床参数和伺服系统，图形的动态响应，强大的优化功能，方便地调整系统参数。
第3章机床数控化改造
3.1数控机床的优越性
数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。
它与普通机床相比,其优越性是显而易见的,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,且自动化程度极高,可减轻工人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。
数控机床改造后，在功能上都优于原机床，这主要是微电子技术飞速的发展，原控制装置、伺服装置、在技术上己大大落后，新的控制装置在硬件和软件方面都比原装置大大提高了档次。
数控机床改造的经济价值明显，实践证明，旧数控机床改造费用一般是原值的10%～50%，改造后，精度能保持和新机床一样或接近。
从产品生产周期考虑，生产一台新机床，从制造毛坯件开始，一般需要一年甚至更长时间，而改造一台机床，从合同签定开始，一般需半年左右，甚至更短时间，这对于企业尽快得到完好的设备，完成生产任务，十分可取。
从整个国家考虑，制造一台新机床，特别是机械部分，生产钢铁原材料要耗费大量能源，造成很严重的污染。
旧设备改造，将机械部分主体保留，要比生产新机床，综合意义大很多，这方面的价值不可低估。
3.2数控机床操作面板
控制面板是数控机床整体造型的重要组成部分, 利用CRT/MDI控制面板上的功能键和机床操作面板上的有关按钮,使...G17、G18、G19分别指定空间坐标系中的XY平面、ZX平面和YZ平面,作用是让机床在指定坐标平面上进行插补加工和加工补偿。
本设计是对普通车床进行数控化改造的前提下进行数控控制面板的操作。
首先，参照以往的设计资料对数控机床操作面板进行硬件的连接，连接见图3-1
图3-1FANUC机床操作面板连接图
3.3数控机床的工作流程
数控机床工作时根据所输入的数控加工程序，由数控装里控制机床部件的运动零件加工轮廓，从而满足零件形状的要求。
数控加工程序的编制：
在零件加工前，首先根据被加工零件图样所规定的零件形状、尺寸、材料及技术要求等，确定零件的工艺过程、工艺参数、几何参数以及切削用量等，然后根据数控机床编程手册规定的代码和程序格式编写零件加工程序。
对于比较简单的零件，通常采用手工编程；对于形状复杂的零件，则在编程机上进行自动编程，或者在计算机上用CAD/CAM软件自动生成零件加工程序。
译码：
数控装置接受程序，译码程序按照一定的语法规则将信息解释成计算机能够识别的数据形式。
刀具补偿：
零件加工程序通常是按零件轮廓轨迹编制的。
刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹运动加工出所要求的零件轮廓。
插补：
插补的目的是控制加工运动，使刀具相对于工件作出符合零件轮廓轨迹的相对运动。
位置控制和机床加工：
位置控制的任务是在每个采样周期内，将插补计算出的指令位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电机，电动机使机床的运动部件带动刀具相对于工件按规定的轨迹和速度进行加工。
3.4操作面板及I/O分配
对FANUC数控机床状态，其开关信号的输入/输出地址是由系统I/O Link模块进行分配的，由于FANUC数控机床采用内置式PLC，与CNC的连接不需进行外部连线。
该机床操作面板由以下两部分组成，通过I/OLink与CNC连接。
连接见图3-2。
图3-2操作面板结构
3.5选择PMC的型号，并分配地址
由于进行数控化改造，为降低成本，在满足设计功能的前提下，选择FANUC-0i系列PMC，参照其使用说明，FANUC-Oi 系统PMC的性能和规格如表1所示，地址分配见表2。
表1FANUC0i系统的PMC的性能和规格
系统
FANUC-0IA系统
FANUC-0IB/0IC系统
PMC类型
SA3
SA1
SB7
编辑方法
梯形图
梯形图
梯形图
程序级数
2
2
2
第一级程序扫描周期
8ms
8ms
8ms
基本指令执行时间
0.15us/步
5us/步
0.33us/步
程序容量-梯形图
最大约12000步
最大约12000步
最大约64000步
符号和注释
1~128KB
1~128KB
不限制
信息显示
8~64KB
8~64KB
不限制
基本指令数
14
12
14
功能指令数
66
48
69
内部继电器（R）
100字节
1000字节
8500字节
外部继电器（E）
无
无
8500字节
信息显示请求位（A）
25字节
25字节
500字节
非易失性储存区数据表（D）
1860字节
1860字节
10000字节
可变定时器（T）
40个（80字节）
40个（80字节）
250个（1000字节）
固定定时器（T）
100个
100个
500个
计时器（C）
20个（80字节）
20个（80字节）
100个（400字节）
固定计数器（C）
无
无
100个（200字节）
保持性继电器（K）
20字节
20字节
120字节
子程序（P）
512
无
2000
标号（L）
999
无
9999
I/0输入/输出
最大1024点/最大1024点
最大1024点/最大1024点
最大2048点/最大2048点
内装I/0输入/输出模块
最大96点/最大72点
无
无
顺序程序储存
FlashROM128KB
FlashROM128KB
FlashROM128KB~768KB
表2地址分配
按键信号
区号
输入地址
输出地址
按键信号
区号
输入地址
输出地址
AUTO
A1
X4.0
Y0.0
EDIT
A2
X4.1
Y0.1
MDI
A3
X4.2
Y0.2
DNC
A4
X4.3
Y0.3
HOME
A5
X6.4
Y2.4
JOG
A6
X6.5
Y2.5
INC
A7
X6.6
Y2.6
MPG
A8
X6.7
Y2.7
其中，常用工作状态开关的操作面板如图3-3所示
图3-3工作状态的操作面板
编辑状态：
输入信号（面板操作开关）地址为X4.1，输出信号（指示灯）地址为Y4.1。
存储运行（又称自动运行）：
输人信号（面板操作开关）地址为X4.0，输出信号（指示灯）地址为Y4.0。
远程运行（又称DNC）：
输入信号（面板操作开关）地址为X4.3，输出信号（指示灯）地址为Y4.3。
手轮进给（又称手摇脉冲进给）：
输入信号（面板操作开关）地址为Y4.0。
手动数据输入：
输入信号（面板操作开关）地，址为X4.2，输出信号（指示灯）地址为Y4.2。
手动连续进给（又称点动进给）：
输入信号（面板操作开关）地址为X6.5，输 出信号（指示灯）地址为Y6.5。
返回参考点（又称回零）：
输入信号（面板操作开关）地址为X6.4，输出信号（指示灯）地址为Y6.4。
信号F3.6表示系统处于编辑状态；信号F3.5表示系统处于自动运行状态；信号F3.3表示系统处于手动数据输入状态；信号F3.4表示系统处于DNC状态；信号F3.2表示系统处于手动连续进给状态；信号F3.1表示系统处于手轮控制状态；信号F4.5表示系统处于返回参考点状态。
工作方式见表3。
工作方式
系统确认工作方式
编辑状态
F3.6
存储运行
F3.5
远程运行
F3.4
手轮进给
F3.1
手动进给
F3.2
手动数据输入
F3.3
返回参考点
F4.5
表3工作方式
3.6数控系统功能指令
定时器指令有三种形式：
可设定定时器（TMR），在PMC参数设定的TIMER页面实际上和它对应，它不可以在程序中指定和修改，只能在TIMER页面进行设定，它的定时器号在SA1中为1-40，在SA7中为1-250。
定时时间为ms，定时器号T1-T8的实际定时单位为48ms,其设定值通过CNC自动转换为48倍数，设定范围为48-1572.8ms,T9-T250实际定时单位为8ms,因此它的设定值被自动转换为8的倍数，设定范围为8ms-262.136ms.当设定的不是单位的整数倍时，余数被忽略，在PMC中输入启动触点如X10.0R200.0等，延时输出线圈MOC如Y4.0R200.1等等。
固定定时器（TMRB）,它的设定可以在程序中直接给出，定时单位为1ms，实际为8ms,设定范围为8ms-262.136ms其余同。
，
可变定时器（TMRC）,功能和TMR相同，它的每一条定时指令通过2字节的存储器（数据存储器D）来设定，既可在MDI面板中设定也可在程序中指定，并且根据需要随时改变（改变数据存储器D的存储值）。
定时器功能指令见图3-4。
序号
指令名称
功能号
功能
1
TMR
3
延时接通定时器
2
TMRB
24
固定延时接通定时器
3
TMRBF
77
固定延时关断时器
4
TMRC
54
延时接通定时器
5
升级会员 