毕业设计数控机床程序功能开关PMC控制及常见故障分析.docx

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毕业设计数控机床程序功能开关PMC控制及常见故障分析

摘要………………………………………………………………………2

第一章、绪论……………………………………………………………3

第二章、数控机床操作面板……………………………………………4

2.1CRT/MDI面板（CRT∕MDI面板由CRT显示器和MDI键盘组成）4

2.2操作面板说明……………………………………………………7

第三章、加工程序功能开关的pmc控制………………………………13

3.1功能开关的作用和相关信号…………………………………13

3.2功能开关的pmc控制…………………………………………16

第四章、数控机床操作中的常见故障及诊断方法……………………20

4.1机床手动和自动操作均无法执行……………………………20

4.2机床手动（JOG）或手脉（MPG）不正常而自动正常…………21

4.3自动操作无效而手动操作有效………………………………22

总结……………………………………………………………………25

参考文献………………………………………………………………26

致谢……………………………………………………………………27

摘要

数控机床操作面板主要由操作模式开关、主轴转速倍率调整旋钮、进给速度调节旋钮、各种辅助功能选择开关、手轮、各种指示灯等组成。

所以在数控机床中,手动操作面板总是必不可少的,其特点是:

（1）有些输入量是互斥的,不允许误操作,由机械的互锁关系来保证要求;

（2）允许多个状态同时输入并可靠地做出相应的反应;

（3）能对设备当前状态进行必要的提示,如使用信号灯、发光二级管或液晶显示屏。

关键词：

数控机床；操作面板；开关

第一章绪论

数控机床控制技术是集机械制造技术、自动化技术、传感检测技术、信息处理技术及电液一体化技术于一体的现代制造技术，但由于数控机床中有大量的开关量信号需要处理,数控机床开关量信号的处理也是相当重要的，当开关量信号数量较多时,可采用控制面板来集中处理各种开关量信号。

数控机床是一种价格昂贵的精密设备，在日常工作中经常出现故障，这影响到我们加工出来的工件的精度和工件是否合格！

所以，对

于机床的维修与维护是很重要的！

科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。

数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。

数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。

它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。

数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。

因此，如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题。

由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。

本文主要讲述的是对数控机床的发展史及研究状况与成果，我将以学校数控机床FANUC0i-mate数控系统，对其数控机床加工程序功能开关及操作面板的控制流程进行分析，并以数控机床加工程序功能开关的PMC控制的基本原理，分析了乒乓控制程序的编写和说明。

以及数控机床操作中和加工程序功能开关有关的常见进行分析。

第二章数控机床操作面板

数控车床的类型和数控系统的种类很多，以及各生产厂家设计的操作面板也不尽相同，但操作面板中各种旋钮、按钮和键盘上键的基本功能与使用方法基本相同。

本章通过数控车床型号ＨＭ-077，以选用FANUC –Oi系统为例，介绍数控车床的操作。

2.1CRT/MDI面板（CRT∕MDI面板由CRT显示器和MDI键盘组成）

图1是上海第二机床厂生产的ＨＭ-077数控卧式车床操作面板，上半部分是弱电操作面板，直接与数控系统连接与通讯，称其为CRT/MDI面板（图2）；下半部分是强电操作面板，通过面板上的按扭与开关直接控制机床工作，又称其为机械操作面板（图3）。

图2-1-1　数控车床操作面板

图2-1-2　CRT∕MDI面板

图2-1-3　机械操作面板

（1）主功能键　CRT∕MDI面板上键盘的各主功能键功能见表1。

表1　 主功能键的功能

键

名 称

功 能 说 明

RESET

复位键

按下此键，复位CNC系统。

包括取消报警、主轴故障复位、中途退出自动操作循环和中途退出输入、输出过程等。

CURSOR

光标移动键

移动光标至编辑处

PAGE

页面转换键

CRT画面向前变换页面

CRT画面向后变换页面

地址和数字键

按下这些键，输入字母、数字和其它字符

POS

位置显示键

在CRT上显示机床现在的位置

PRGRM

程序键

在编辑方式，编辑和显示内存中的程序

在MDI方式，输入和显示MDI数据

在自动方式，指令值显示

MENU OFFSET

偏置值设定和显示

DGNOS PARAM

自诊断参数键

参数设定和显示，诊断数据显示

OPR ALARM

报警号显示键

报警号显示及软件操作面板的设定和显示

AUX GRAPH

图形显示键

图形显示功能

INPUT

输入键

用于参数或偏置值的输入；启动I/O设备的输入；MDI方式下的指令数据的输入

OUTPT START

输出启动键

输出程序到I/O设备

ALTER

修改键

修改存储器中程序的字符或符号

INSRT

插入键

在光标后插入字符或符号

CAN

取消键

取消已键入缓冲器的字符或符号

DELET

删除键

删除存储器中程序的字符或符号

（2）子功能键  CRT显示器下有五个子功能键，与显示器屏幕内下方的五个软键位置相互对应，随主功能状态不同，相应的软键有不同的含义，故称其为主功能状态下的子功能键。

2.2 机械操作面板

（1） 面板指示灯 

这些指示灯（图1）分别表示电源指示灯、报警指示灯、刀具定位指示灯、卡盘夹紧指示灯、X轴回参考点指示灯、Z轴回参考点指示灯、低排挡指示灯和高排挡指示灯。

图2-2-1　面板指示灯

（2） 操作方式选择开关

通过选择开关选择回参考点（HOME）、示教（TEACH IN JOG）、手动（JOG）、单步进给（STEP）、手动数据输入（MDI）、自动循环（AUTO）和程序编辑（EDIT）七种操作方式。

图2-2-2　操作方式选择开关

（3） 倍率开关

图3分别表示进给倍率修调旋钮、主轴倍率修调旋钮和快速进给倍率修调旋钮，用这些旋钮分别调整切削进给速度、主轴转速和快速进给速度。

图2-2-3　倍率修调旋钮

（4） 单步进给选择开关（如图4）

单步增量进给选择开关有四档：

1μ、10μ、100μ和1000μ。

通过单步增量进给选择开关设定增量进给值后，每按一次手动进给按钮，刀具移动的距离为增量进给选择开关指定的增量进给值（步距当量）。

图2-2-4　增量进给选择开关

（5） 工作模式选择开关

图5为数控车床的选择开关，通过工作模式选择开关设定程序的运行方式、机床辅助设备的工作状态，其功能见表2。

图2-2-5　选择开关

表2　 选择开关功能表

名　　称

功　　　　　　　　　　　　能

单段

开关处于ON状态下，每按一次循环启动按钮，则执行一段程序段

机床锁定

开关处于ON状态下，机床运动指令锁住，机床不能运动

跳步

开关处于ON状态下，跳过″∕″记号程序段

M01

开关处于ON状态下，执行M01指令，程序运行暂停

中心架夹紧

开关处于ON状态下，中心架手动夹紧

排屑器正转

开关处于ON状态下，排屑器按正转方向运转

排屑器反转

开关处于ON状态下，排屑器按反转方向运转

卡盘夹紧

开关向右，外圆夹紧；开关向左，内圆夹紧

倒屑

开关处于ON状态下，倒屑

（6） 选择按扭

图6为数控车床的选择按钮，这些选择按钮的作用是控制程序的运行、尾架的夹紧与松开、手动换刀以及排除超程故障。

其功能见表3。

图2-2-6　选择按扭

表3 选择按钮功能表

名　　　　　称

功　　　　　　　　　　　能

机床启动按钮

按下此按钮，机床的液压系统启动，机床处于工作状态。

二次限位释放按钮

此按钮在机床超程报警时起作用。

按下此按钮，机床超程报警消失，再进行正常的手动操作，待刀架退到正常工作区域内后释放此按钮。

尾座手动夹紧、松开按钮

该按钮交替按下即为尾座的手动夹紧和放松，尾座夹紧时，按钮指示灯亮，该按钮在自动方式时无作用。

手动换刀按扭

按下此按钮，刀架转过一个工位。

程序锁定按钮

该锁定按钮有效时，才能进行程序的编辑及存贮

自动循环按钮

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。

进给保持按钮

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。

（7） 手动进给按钮 

如图7所示，四个方向键分别控制刀架的纵向和横向运动，同时按中间键与方向键，则控制刀架快速运动。

图2-2-7　手动进给按钮

（8） 主轴操作按扭 （图8）

1）主轴手动增速按钮（“＋”标记按钮） 主轴手动增速按钮的功能是每按一次主轴手动增速按钮，主轴转速向上增大一档，主轴转速为30，50，100，300，500，700，1000rpm七档。

2）主轴手动减速按扭（“－”标记按钮） 主轴手动减速按扭的功能是每按一次主轴手动减速按钮，主轴转速向下减小一档，主轴转速为1000，700，500，300，100，50，30rpm七档。

3）其余按钮  其余按钮分别为主轴点动、主轴正转、主轴停和主轴反转按扭。

图2-2-8　主轴操作按扭

第三章数控加工程序功能开关PMC控制

3.1数控机床加工程序功能开关的作用及相关信号

（1）机床锁住

在自动运行状态下，按下机床操作面板上的机床锁住开关，执行循环起动时，刀具不移动，但是显示器上每个轴运动的位移在变化，就像刀具在运动一样。

系统有两种类型的机床锁住：

所有轴的锁住（停止所有轴的运动）和指定轴的锁住（如立式数控铣床或立式加工中心是Z轴锁住）。

在机床锁住的状态下，可以执行M、S、T和G指令。

FANUC-OC/OD系统的机床所有轴锁住信号（MLK）为G117.1，机床每个轴锁住信号（MLK1-MLK4）为G128.0、G128.1、G128.2、G128.3。

机床所有轴锁住状态信号（MMLK）为F176.6。

FANUC-Oi系统的机床所有轴锁住信号（MLK）为G44.1，机床每个轴锁住信号（MLKl-MLK4）为G108.0、G108.1、G108.2、G108.3。

机床所有轴锁住状态信号（MMLK）为F4.1。

（2）程序辅助功能的锁住

程序运行时，禁止执行M、S、T指令。

一般与机床锁住功能一起使用，用于检查程序是否编制正确。

M00、M01、M02、M30、M98和M99指令即使在辅助功能锁住的状态下也能执行。

FANUC-OC/OD系统的辅助功能锁住信号（AFL）为G103.7，FANUC-Oi系统的辅助功能锁住信号（AFL）为G5.6。

（3）程序的空运转

在自动运行状态下，按下机床操作面板上的空运行开关，刀具按参数（各轴快移速度）中指定的速度移动，而与程序中指定的进给速度无关。

快速移动倍率开关也可以用来更改机床的移动速度。

该功能用来在机床不装工件时检查刀具的运动，或通过坐标值的偏移功能（车床是X轴坐标值的偏移、数控立式铣床或立式加工中心是Z轴坐标值的偏移）来检查刀具的运动。

FANUC-OC/OD系统的程序空运转信号（DRN）为G118.7，程序空运转状态信号为（MDRN）为F176.7。

FANUC-Oi系统的程序空运转信号（DRN）为G46.7，程序空运转状态信号（MDRN）为F4.7。

（4）程序单段运行

按下单程序段方式开关进入单程序段工作方式。

在单程序段方式中按下循环起动按钮,刀具在执行完一段程序后停止。

通过单段方式一段一段地执行程序，可仔细检查程序。

FANUC-OC/OD系统的程序单段信号（SBK）为G116.1，程序单段状态信号（MSBK）为176.5。

FANUC-Oi系统的程序单段信号（SBK）为G46.1，程序单段状态信号（MSBK）为F4.3。

（5）程序再启动运行

该功能用于加工中刀具出现断裂或者公休后重新启动程序。

程序的重新启动有两种方法：

P型和Q型（由系统参数设定）。

P型操作可以在任意地方重新起动，这种方法用于刀具破坏的重新起动；Q型操作时，重新起动之前刀具必须移动到程序的起始点（加工起始点）。

FANUC-OC/OD系统的程序在启动信号（SRN）为G130.0，程序在启动状态信号（SRNMV）为F188.4。

FANUC-Oi系统的程序再启动信号（SRN）为G6.0，程序再启动状态信号（SRNMV）F2.4。

（6）程序段跳过

在自动运行状态下，当操作面板上的程序段选择跳过开关接通时，有斜杠（／）的程序段将被忽略。

FANUC-OC/OD系统的程序段跳过信号（BDT1）为G116.0，程序段跳过状态信号（MBDT1）为F176.4。

FANUC-Oi系统的程序段跳过信号（BDT1）为G44.0，程序段跳过状态信号（MBDT1）为F4.0。

（7）程序选择停

在自动运行时，当加工程序执行到M01指令的程序段后也会停止。

这个代码仅在操作面板上的选择停止开关处于通的状态时有效。

（8）程序循环启动运行

在存储器方式（MEM）、DNC运行方式（RMT）或手动数据输入方式（MDI）下，若按下循环启动开关，则CNC进入自动运行状态并开始运行，同时机床上的循环起动灯点亮。

系统循环启动信号为下降沿触发（信号ST从1变0）。

FANUC-OC/OD系统的程序循环启动信号ST为G120.2，循环启动状态信号（STL）为F148.5。

FANUC-16/18/21/OiA系统和FANUC-Oi系统的循环起动信号（ST）为G7.2，循环起动状态信号（STL）为F0.5。

（9）程序进给暂停

自动运行期间按下进给暂停开关时，CNC进入暂停状态并且停止运行。

同时，循环起动灯灭。

如再重新起动自动运行时，需按下循环起动按钮开关。

FANUC-OC/OD系统的进给暂停信号（*SP）为G121.5,进给暂停状态信号（SPL）为F148.4。

FANUC-Oi系统的进给暂停信号（*SP）为G8.5，进给暂停状态信号（SPL）为F0.4。

数控机床操作面板上的加工程序功能开关如图3-1-1所示。

图3-1-1

3.2数控机床加工程序功能开关的PMC控制

1数控机床加工程序功能开关的PMC控制

以数控铣床为例，说明操作面板加工程序功能开关的PMC控制。

在该机床上，程序循环起动按钮的输入地址为X6.1，程序循环起动指示灯的输出地址为Y6.1。

程序进给保持按钮的输入地址为X6.0，程序进给保持指示灯的输出地址为Y6.0。

机床锁住按钮的输入地址为X5.1，机床锁住指示灯的输出地址为Y5.1。

程序单段按钮的输入地址为X4.4，程序单段指示灯的输出地址为Y4.4。

程序段跳过按钮的输入地址为X4.5，程序段跳过指示灯的输出地址为Y4.5。

程序再起动按钮的输入地址为X5．0，程序再起动指示灯的输出地址为Y5．0。

程序空运行按钮的输入地址为X5.2，程序空运行指示灯的输出地址为Y5.2。

程序辅助功能锁住按钮的输入地址为X5.3，程序辅助功能锁住指示灯的输出地址为Y5.3。

程序选择停按钮的输入地址为X4.6，程序选择停指示灯的输出地址为Y4.6。

如图3-2-1所示。

图3-2-1

图3-2-2中，循环起动按钮开关按下（X6.1为1）时，系统循环起动信号G7.2为1，当松开循环起动按钮（X6.0为0）时，系统循环起动信号由1变成0（信号的下降沿），系统执行自动加工，同时系统的循环起动状态信号F0.5变为1。

程序自动运行中，按下进给暂停按钮

图3-2-2

（X6.0常闭点断开），系统进给暂停信号G8.5变为0，程序停止运行，同时系统进给暂停状态信号F0.4为1，当系统暂停状态信号为1时，系统的循环起动状态信号为0。

机床锁住、程序单段、程序段跳过、程序再起动、程序空运行、辅助功能锁住及程序选择停功能开关的PMC控制逻辑关系是相同的，只是信号的地址不同。

下面以机床锁住功能开关为例，分析程序功能开关的PMC具体控制过程。

当机床锁住功能开关X5.1按下，通过继电器R200.0和R200.1获得一个扫描周期的脉冲信号（R200.0），继电器R200．0的常开点闭合，机床锁住信号G44.1和机床锁住状态指示灯Y5.1为1并自保（松开机床锁住按钮时信号维持1不变）。

当再次按下机床锁住按钮时，通过继电器R200.0的常闭点拉断机床锁住状态信号G44.1的自保回路，机床解除轴锁住状态，松开按钮后，机床锁住状态信号G44.1保持不变，仍然维持0状态。

2乒乓控制功能的实现

程序起动按钮的输入地址为X11.2，程序起动指示灯输出地址为Y0.1。

图3-3-1

图3-3-1中，起动按钮开关按下（X11.2为1）时，系统信号灯亮（Y0.1为1）。

当松开开关按钮（X11.2为0）时，系统指示灯不灭。

当在按下开关按钮（X11.2为1）时，系统信号灯灭（Y0.1为0）。

当松开开关按钮时，系统指示灯不亮。

第四章数控机床操作中常见故障及诊断方法

本章以FANUC-Oi系统为例，分析数控机床操作中的常见故障产生的原因及诊断方法。

4.1机械手动和自动操作均无法执行

当手动操作和自动操作都无法执行时，要查看CRT（LCD）的位置坐标是否变化。

1.坐标显示（相对、绝对、机械坐标）不变时

故障原因可能是：

（1）系统工作的状态不对

可以通过CRT（LCD）显示（是为JOE或MEM）或系统状态信G43.0、43.1、43.2显示状态是否正确来判断，如果显示不变化则为状态开关或系统故障。

多数原因为状态开关及接线故障。

（2）系统处于急停状态（CRT显示”ENG”）

不同的数控厂家系统急停信号的编制方法有所不同，可以通过系统动态梯形图可查看导致G8.4为“0”（正常为“1”）的原因。

（3）系统复活信号接通

原因可能是外部复位信号G8.7为“1”或系统MDI键盘的RESET键起作用（系统信号F1.1为“1”）。

（2）系统轴互锁信号接通

可以通过系统诊断号005INTERLOCK/STARTLOCK是否为“1”进行判断，若该信号为1，则说明系统输入了轴互锁（禁止轴移动）起动信号。

具体可以利用动态梯形图的信号G8.0（统所有轴互锁）G130.0、G30.1、G130.2、G130.3（分别为第1、2、3、4轴互锁）是否为“0”来确定，若为0则说明系统输入了相应的互锁信号。

当然必须系统参数3003#0（系统所有轴）3003#2（系统每个轴）设定为0时，系统互锁信号才有效。

（5）系统进给率为0

可以通过系统诊断号013JOGFEEDARATEOVERRIDE0%是否为“1”来判断。

若为1则系统进给率为0，原因可能是倍率开关位置不对或系统故障。

（6）系统伺服故障

2.坐标位置显示（现对、绝对、机械坐标）变化时

故障原因可能是机械输入了进给轴的机床锁住信号，可以通过系统动态梯形图信号G44.1（机床所有轴锁住信号），G108.0、G108.1、G108.2、G108.3（分别为第1、2、3、4轴锁住信号）是否为“1”来进行判断。

若为1，则说明机床输入了轴锁住信号。

4.2机床手动（JOG）或手脉（MPG）不正常而自动正常

1机床手动（JOG）操作无效

（1）系统状态选择未在手动状态

可以通过系统动态梯形图G43.0、G43.1、G43.2来判断系统是否在手动状态，原因可能是状态开关位置不对、状态开关及接线故障。

（2）进给轴和方向选择信号未输入

通过系统动态梯形图可以判定哪一个轴进给方向选择信号未输入，及信号G100.0、G100.1、G100.2、G100.3（分别为第1、2、3、4轴负方向选择信号）。

（3）进给速度参数设定不正确

检查系统JOG进给参数1423（各轴JOE速度参数）是否设定为“0”。

2.手脉操作无效

（1）系统状态未在手脉状态（MPG）

可以通过系统动态梯形图的信号G43.0、G43.1、G43.2来判断系统是否在手脉状态，原因可能是状态开关位置不对、状态开关及接线故障。

（2）手脉轴选择信号未输入

通过系统动态梯形图诊断手脉轴选择信号G18.0、G18.1、G18.2、G18.3（分别为手脉第1、2、3、4轴选择信号）是否接通来判断，若未接通则可能原因为手脉轴选择开关及接线故障。

（3）手脉本身及接线故障

可以通过手摇脉冲发生器的接线和输出脉冲信号关系，检查控制信号是否正确及编码器是否良好。

4.3自动操作无效而手动操作正常

当按下机床循环起动按钮时，查看循环指示灯是否亮来判定故障原因。

1.自动操作无效（循环起动指示灯不亮）

（1）系统状态选择信号不正确

通过系统动态梯形图查看系统状态信号G43.0、G43.1、G43.2是否在MEM（或MDI、RMT）状态，若状态信号不正确则为状态开关本身、接线或系统故障。

（2）系统循环起动信号未被输入

通过系统动态梯形图或系统诊断号G7.2是否输入（循环起动信号为下降沿触发）来判断，若未输入则为机床循环起动按钮本身及接线或系统I/O接口故障，如果系统循环起动信号输入则为系统本身故障。

（3）系统进给暂停信号被输入

通过系统动态梯形图查看信号G8.5是否为“0”。

若信号为0则说明系统输入了进给暂停信号。

故障原因可能是机床进给暂停按钮本身及及接线故障。

2.自动操作无效（循环指示灯亮）

（1）机床进给倍率为零

通过系统诊断号004是否为“1”来判别，当诊断号004为“1”则为改故障。

故障原因可能是进给倍率开关本身及接线不良或系统接口电路故障，如果前面故障排除后问题还存在，则需要更换系统轴板。

（2）系统输入了轴互锁信号

通过系统诊断号005是否为1来判断，当诊断号005为“1”则为该故障。

故障可能原因是机床轴互锁信号开关接通或是系统参数设定错误（机床梯形图没有设定互锁控制而互锁功能参数设定为有效），系统轴互锁功能参数3003#0、#1、#2（一般设定为“0”）。

（3）系统等待主轴速度到达信号（程序中只是插补移动指令不执行）

通过系统诊断号006是否为“1”来判断，当诊断号006为“1”则为该故障。

产生故障可能的原因有主轴位置编码器不良、系统参数设定错误（机床梯形图没有设计主轴速度到达信号G29.4，而参数系统3708#0设定为检测主轴速度到达信号。

总结

本文简单的对数控机场的维护作了简单的了解，讲叙了数控机床操作面板及其加工程序功能开关的用途。

并分析了数控机床加工程序功能开关的PMC控制以及乒乓控制的实现。

对数控机床操作总常见的故障及诊断方法也作了相应的详细说明。

通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。

毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。

自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。

通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。