基于FANUC数控系统TH7640加工中心电气控制系统的设计

1、1绪论随着经济的发展，各行业不仅对零件精度要求越来越高，而且对零件的形状也有非常高的要求，在这时，车床和铣床不能解决零件精度和形状的问题，人们迫切需求一种新的数控床来解决这些问题。随之，加工中心面世，加工中心以其独特的加工角度和庞大的刀具刀库，能够将多道工序集中在一起，这样解决了加工精度和加工形状等问题。而fanuc数控系统作为世界著名数控系统，其稳定性非常高能很好的与加工中心配合，有着很广阔的市场空间。1.1数控系统基本情况构成1.1.1硬件构成考虑到机床数控的功能、自动化程度和加工精度，计算机数控系统在硬件上有多种构成方式。以经济型数控系统为例，它由主模块（含有系统控制与管理功能的模块）和

2、plc模块两个含微处理器电路的模块组成，cnc核心功能、通信、显示和可编程控制器的逻辑控制功能等任务都由它们共同完成。1.1.2软件构成数控机床的加工过程是用数控加工程序描述并输入数控系统的。对输入的数控加工程序进行译码、刀补处理及插补运算等，是由数控系统的控制软件实现的。在现代数控系统中，一般使用plc进行数控加工程序中有关机床电器的逻辑控 制及其它一些开关信号的处理，这些逻辑处理和控制是用plc控制程序来实现的，它常采用梯形图语言来编写。此外，数控功能程序和plc控制程序的运行也都需要相应的计算机系统软件的支持。计算机数控系统的软件结构有：数控硬件、各种外设；外设驱动软件；实时管理软件依赖

3、于硬件部分；实时管理软件不依赖于硬件部分；图形库；实时数据库；数控功能程序。1.1.3主要工作过程接通电源后，数控装置和可编程控制器都对数控机床组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设置初始状态。 数控机床正常工作后，开始输入数控加工程序。数控加工程序在加工准备阶段利用专门的编程系统产生，保存到数控介质上，再输入数控装置或者采用通讯方式。另一种情况，直接利用数控装置的编程环境进行数控加工程序的编写。加工控制信息输入后，可选择一种加工方式启动加工运行。此外，数控装置在系统控制程序作用下，首先对输入的加工控制信息进行预处理，即进行译码、刀补计算和速度处理等，然后开始逐段执行数控加工程序。 在连续轮廓

4、加工过程中，数控装置要根据轮廓段已知的几何数据，以及相应工艺数据中的速度信息，计算出轮廓段起点、终点之间的一系列中间点，分别向各个坐标轴发出方向、大小和速度都确定的协调的运动序列命令，通过各个运动轴的合成，获得数控加工程序要求的工件轮廓的刀具运动轨迹。数控装置向各个轴伺服系统发出命令值，位置调节器将其与机床上位置检测元件测得的实际位置相比较，经过调节，输出相应的位置和速度控制信号，控制各轴伺服系统驱动机床刀具或工作台运动，从而加工出要求的零件轮廓。 由数控装置发出的开关命令在系统控制程序的指挥下，在各加工程序段插补处理开始前或完成后，适时输出给机床逻辑控制器，由它将开关命令和机床反馈的回答信号

5、一起被处理和转换为对机床开关电器的控制命令。 在机床的运行过程中，数控系统要随时监视数控机床的工作状态，通过显示部件及时向操作者提供工作状态和故障情况。此外，数控系统还要对机床操作面板进行监控。1.1.4信息流处理过程根据零件图样和加工工艺编写出数控加工程序送给cnc装置，在内部进行一系列的处理后，输出给相应的位置控制信号给伺服系统，通过电动机和滚珠丝杠副驱动工作台或刀具进行移动，最后加工出合格的零件。其信息流流程图如图 1.1所示：图1.1信息流处理过程1.1.5数控系统的功能（1）核心功能所谓核心功能，是指一般数控系统必须具备的功能，包括准备功能（g功能）、进给功能（f功能）、主轴转速功能

6、（s功能）、辅助功能（m功能）、刀具功能（t功能）等。 （2）可选功能编程功能、加工模拟功能、监测和诊断功能、测量和校正功能、用户界面功能、通信功能、单元功能 （3）先进功能 半径直接编程、倒角功能、恒线速度切削功能、刀尖圆弧半径补偿功能、刀具寿命管理功能、镜像加工功能、自动交换工作台功能、靠模加工与数据采集功能、动力刀具与c轴功能、子程序与用户宏程序、循环加工功能、跳步功能、自动工件检测功能、螺纹加工中的特殊功能、同步轴控制功能、先进伺服控制功能、逆动功能、比例缩放与坐标旋转功能。1.2文本结构本文以th7640加工中心的项目作为应用背景，全文共分为六章，各章的主要内容如下：第一章扼要地介绍

7、了数控系统的基本情况。第二章给出了基于fanuc系统th7640加工中心的设计方案以及介绍了fanuc 0i-mc数控系统。第三章对基于fanuc数控系统的th7640加工中心控制系统的电气硬件方面进行了详细的设计和分析，包括主电路原理图，供电回路原理图，控制电路原理图，输入输出接口等设计。第四章研究了fanuc 系统的pmc，设计了基于fanuc 数控系统的th7640加工中心的梯形图。第五章th7640加工中心电气系统进行调试。第六章总结全文。2 基于fanuc系统th7640加工中心的电气设计方案2.1th7640加工中心电气设计基本思路如图2.1可知，本次设计的基于fanuc系统th7

8、640加工中心分别由fanuc 0i-mc系统，机床控制电器，x、y、z轴进给驱动，电机主轴伺服控制，刀库电机控制，主轴电机冷却控制，冷却控制及其它信号控制电路组成。图2.1基于fanuc系统th7640加工中心电器组成总框图2.2 fanuc数控系统0i-mc系统介绍（1）最大联动轴数 4轴（2）最大主轴台数 2台（3）丰富、先进的控制软件功能包（4）可连接fanuc 、i 系列伺服电机（5）可连接fanuc 、i 系列主轴电机（6）丰富的显示单元：7.2单色lcd/9单色crt8.4/10.4彩色lcd显示器（7）操作编程指南0i（8）先进的磨床功能（9）丰富方便的维修功能2.3综合连接图

9、图2.2 综合连接图io及电源模块图2.3 综合连接图伺服电源和主轴控制模块图2.4 综合连接图进给电机模块0i-mc控制器是fanuc0i-mc数控系统的核心，主要集成了cpu控制器、伺服控制器、主轴控制器、i/olink 接口、rs232接口等功能。0i-mc控制器综合连接图如图2.2、图2.3、图2.4 所示：从综合连接图可以看出：（1）fanuc0i-mc系统的驱动电源是dc24v，插座口定义为cp1a。（2）mdi单元为操作单元，其插座口定义为ja2。（3）本设计选用外置i/o，有4个外置io模块分别是cb104、cb105、cb106、cb107，其插座口定义为jd1a。（4）0i

10、-mc系列允许有2个主轴电机，在本次设计只用一个主轴电机，其插座口定义为ja7a。（5）0i-mc系列允许有4个进给电机，在本次设计只用3个进给电机，而且可以看出进给电机是半闭环控制。同时伺服电源查fanuc公司给出的参考电源是ac200v-ac240v有效，其插座口定义为cop10a-1。3 th7640加工中心电气硬件详细设计及分析3.1 th7640加工中心电气原理图详细设计 3.1.1 th7640加工中心冷却泵控制图3.1th7640加工中心冷却泵控制图图3.1为th7640加工中心冷却电机的控制原理图，控制过程为：当地址y3.0的输出为“1”时（在fanuc数控系统中，输出是高电平

11、有效），中间继电器ka2的线圈导通，在控制回路中，中间继电器ka2的常开触点闭合，交流接触器km1的线圈导通，在主回路中，交流接触器km1的常开触点闭合，冷却电机工作。3.1.2 th7640加工中心主轴冷却图3.2 th7640加工中心主轴冷却控制图图3.2为th7640加工中心主轴冷却控制图，控制过程为：当地址y3.2的输出为“1”时，中间继电器ka3的线圈导通，在控制回路中，中间继电器ka3的常开触点闭合，交流接触器km2的线圈导通，在主回路中，交流接触器km2的常开触点闭合，冷却电机工作。3.1.3 th7640加工中心伺服电源图3.3 th7640加工中心伺服电源图图3.3为th76

12、40加工中心伺服电源原理图，在fanuc0i-mc数控系统中，控制伺服电机的电源不为ac380v，在这加入变压器，把ac380v电源转变为ac220v电源，来控制伺服电机，变压器tc1的作用是将ac380v电源转变为ac220电源，将ac220v电源，送到电源模块去，作为伺服电机的电源。同时，在ac220v三相电源中引出两相电源去做为伺服电机的控制电源。3.1.4 th7640加工中心照明灯图3.4为th7640加工中心照明电路控制图，控制过程为：当地址y3.6的输出为“1”时，中间继电器ka9的线圈导通，在控制回路中，中间继电器ka9的常开触点闭合，交流接触器km7的线圈导通，在主回路中，交

13、流接触器km7的常开触点闭合，照明灯亮。图3.4 照明电路控制图3.1.5 th7640加工中心风扇和dc电源图3.5 th7640加工中心风扇和dc电源图在本次设计中，设计了两个风扇，它们的作用是消除电器柜内部的的热量，本设计的风扇电源为110v交流电源。一个风扇的作用是使外部气流进入电器柜。另一个风扇的作用是将内部气流传到外部。tc2的作用是把380v的交流电源变为110v的交流电源和24v的交流电源，110v的交流电源就作为控制电路中控制交流接触器线圈的电源。24v的交流电源通过两个整流器变为2个24 v的直流电源，1个24v的直流电源拿来作为控制电路中控制中间继电器线圈的电源，1个拿来

14、作为数控装置的电源。为了数控装置的通断也能人为控制，在它的主电路图中加入了中间继电器ka14。3.1.6 th7640加工中心急停和超程th7640加工中心急停和超程的原理图如图3.6所示：在本次设计中，超程是放在急停控制电路中的，sq11-2，sq12-2，sq13-2分别代表的是x，y，z的正负超程信号，当钥匙开关sa1开通，在机床运动没有超程时，中间继电器ka0的线圈得电，ka0的常开触点闭合，传入到pmc的急停信号无效，当按下急停按钮或者机床运动超程时。ka0的线圈不导通，ka0的常开触点断开，传入到pmc的急停信号有效，机床停止运动。如果是按下急停按钮使机床停止运动，则能再按该按钮使

15、它复位，如果是超程的原因使机床急停，则可以按下sb10超程解除按钮与手动进给按钮配合来解除急停状态。图3.6 th7640加工中心急停控制图3.1.7 th7640加工中心系统电源控制本次设计的th7640加工中心系统电源控制原理图如图3.7，开机上电后数控装置并没有通电，而是要按下通电按钮才能通电，sb2为控制面板上的通电按钮，sb3为控制面板上的断电按钮，当按下sb2时，ka14线圈得电，在控制电路上形成一个自锁电路，在主回路的ka14常开触点闭合，数控装置得电，当按下sb3时，自锁电路被断开，ka14线圈不得电，在主回路的ka14常开触点断开，数控装置断电。图3.7 th7640加工中心

16、系统电源控制图3.1.8 th7640加工中心排屑电机控制图3.8为th7640加工中心排屑电机控制图，控制过程为：当地址y3.3输出为“1”时，中间继电器ka4的线圈导通，在控制回路中，中间继电器ka4的常开触点闭合，而此时，y3.4输出为“0”，中间继电器ka5的线圈不导通，中间继电器ka5的常闭触点保持，则交流接触器km3的线圈导通，在主回路中，km3的常开触点闭合，排屑电机正转。当地址y3.4输出为“1”时，中间继电器ka5的线圈导通，在控制回路中，中间继电器ka5的常开触点闭合，而此时，y3.3输出为“0”，中间继电器ka4的线圈不导通，中间继电器ka4的常闭触点保持，则交流接触器k

17、m4的线圈导通，在主回路中，km4的常开触点闭合，排屑电机反转。这里在控制电路中添加一个互锁电路，目的是保护电机。图3.8 th7640加工中心排屑电机控制图3.1.9 th7640加工中心刀库电机控制图3.9为th7640加工中心刀库电机控制图，其控制过程为：当地址y2.0输出为“1”时，中间继电器ka6的线圈导通，在控制回路中，中间继电器ka6的常开触点闭合，而此时，y2.1输出为“0”，中间继电器ka7的线圈不导通，中间继电器ka7的常闭触点保持，则交流接触器km5的线圈导通，在主回路中，km5的常开触点闭合，刀库电机正转。当地址y2.1输出为“1”时，中间继电器ka7的线圈导通，在控制

18、回路中，中间继电器ka7的常开触点闭合，而此时，y2.0输出为“0”，中间继电器ka6的线圈不导通，中间继电器ka6的常闭触点保持，则交流接触器km6的线圈导通，在主回路中，km6的常开触点闭合，刀库电机反转。这里在控制电路中添加一个互锁电路，目的是保护电机。图3.9 th7640加工中心刀库电机控制图3.1.10 th7640加工中心刀库的运动图3.10 th7640加工中心刀库的进退控制图图3.8为th7640加工中心刀库的进退控制图，控制过程为：当地址y2.2的输出为“1”时，中间继电器ka8的线圈导通，在控制回路中，中间继电器ka8的常开触点闭合，电磁阀导通，气泵使刀库前进。3.2 t

19、h7640加工中心操作面板的设计3.2.1 th7640加工中心操作面板设计流程：（1）根据提供的资料，再根据数控加工中心的特点，列出常用加工中心的操作面板按键功能。（2）根据th7640加工中心操作面板功能，确定操作面板所用pmc输入点数，若需状态指示，列出输出点数。在罗列输入点时，需要注意cnc所需g信号与操作按键的关系。3.2.2 th7640加工中心面板设计图本次设计的th7640加工中心操作面板图如图3.11所示，本次设计的 机床面板功能包括快速进给倍率、主轴正反转、工作方式选择、主轴调速、进给倍率调速、机床急停、系统上断电、刀库的动作、排屑电机动作、机床加工、手动进给控制等功能。图

20、3.11 th7640加工中心操作面板3.3 th7640加工中心输入输出接口图图3.12 cb105输入图如图3.12所示为th7640加工中心外部输入原理图，x8.4的对应信号是急停信号，是用中间继电器的常开触点来控制。x8.6对应的是润滑液面报警，是用限位开关来控制。x8.7对应的是刀库计数，是用限位开关来控制。x9.0、x9.1、x9.2分别对应x、y、z轴的回零到位开关，是用限位开关来控制。x9.4、x9.5分别对应刀库进到位和刀库退到位开关，是用限位开关来控制。x9.6、x9.7分别对应主轴的紧刀检测和松刀检测，是用限位开关来控制。图3.13 cb105输出图(a)如图3.13所示

21、为th7640加工中心io口的外部输出图，当y2.0输出为“1”时，ka6的线圈导通来控制刀库电机的正转，当y2.1输出为“1”时，ka7的线圈导通来控制刀库电机的反转，当y2.2输出为“1”时，ka8的线圈导通来控制刀库气泵的工作，当y2.4输出为“1”时，ka10的线圈导通来控制绿灯点亮，当y2.5输出为“1”时，ka11的线圈导通来控制红灯点亮，当y2.6输出为“1”时，ka13的线圈导通来控制换刀动作，当y2.7输出为“1”时，ka12的线圈导通来控制机床抱闸。图3.14 cb105输出图（b）如图3.14所示为th7640加工中心io口的外部输出图，当y3.0输出为“1”，ka2的线

22、圈导通来控制冷却电机的动作，当y3.2输出为“1”时，ka3的线圈导通来控制主轴冷却电机，当y3.3输出为“1”时，ka4的线圈导通来控制排屑电机的正转，当y3.4输出为“1”时，ka5的线圈导通来控制排屑电机的反转，当y3.6输出为“1”时，ka9的线圈导通来点亮照明灯。如图3.15所示为th7640加工中心控制面板的输入原理图，控制面板上的按钮为开关按钮。x0.0对应向y轴正向运动的功能，x0.2对应向z轴负方向运动的功能，x0.4对应向x轴正方向运动的功能，x0.6对应快速移动功能，x1.0 对应向x轴负方向运动的功能，x1.2对应向y轴负方向运动的功能，x1.6对应程序启动功能，x2.

23、0对应进给保持功能，x2.2对应主轴定向功能，x2.4对应主轴反转功能，x2.5对应主轴停止功能，x2.6对应机床复位功能，x2.7对应主轴正转功能，x0.1、x0.3、x0.5、x0.7对应的是快速倍率功能，通过旋转开关的编码实现，x1.1、x1.3、x1.5对应的是主轴调速功能，通过旋转开关的编码实现，x1.7、x2.1、x2.3对应的是机床模式选择功能，通过旋转开关编码实现。图3.15 cb104输入图图3.16 cb104输出图图3.16为th7640加工中心控制面板的输出原理图，控制面板上与每个功能相对应的都有一个输出信号灯，当按下控制面板上的功能按钮时，与之对应的信号灯就会点亮。y

24、0.0的信号控制的是z轴原点灯，y0.2的信号控制的是y轴原点灯，y0.3的信号控制的是润滑灯，y0.4的信号控制进给保持灯，y0.5的信号控制程序启动灯，y0.6的信号控制x原点灯，y1. 的信号控制nc准备好灯，y1.3的信号控制主轴正转灯，y1.4的信号控制润滑报警灯，y1.5的信号控制主轴反转灯，y1.7的信号控制主轴停止灯。图3.17为th7640加工中心控制面板上输入原理图，控制面板上的按钮为开关按钮。x4.0对应快速倍率100，x4.1对应快速倍率25，x4.2对应快速倍率0，x4.3对应快速倍率50，x5.0对应排屑反转功能，x5.1对应冷却控制功能，x5.2对应刀库反转功能，

25、x5.3对应选择停止功能，x5.4对应排屑正转功能，x5.5对应照明功能，x5.6对应刀库运动功能，x5.7对应程序重启功能，x6.0对应选择跳过功能，x6.2对应刀库正转功能，x6.3对应空运行功能，x6.4对应机床锁住功能，x6.5对应润滑功能，x6.6对应程序保护功能，x6.7对应单字节执行功能。图3.18为th7640加工中心控制面板的输出原理图，控制面板上与每个功能相对应的都有一个输出信号灯，当按下控制面板上的功能按钮时，与只对应的信号灯就会点亮。y4.0的信号控制快速倍率100灯，y4.1的信号控制快速倍率50灯，y4.2的信号控制快速倍率25灯，y4.3的信号控制快速倍率0灯，y

26、4.4的信号控制空运行灯，y4.5的信号控制单字节灯，y4.6的信号控制选择停止灯，y4.7的信号控制程序重启灯，y5.0的信号控制选择跳过灯，y5.1的信号控制机床锁住灯，y5.2的信号控制排屑反转灯，y5.3的信号控制排屑正转灯，y5.4的信号控制刀库反转灯，y5.6的信号控制刀库运动灯，y5.7的信号控制刀库正转灯。图3.19为th7640加工中心控制面板上输入原理图（手轮连接图），x7.2、x7.4、x7.6对应的是手轮轴选择功能，通过旋转开关编码实现，x10.0、x10.2、x11.0对应手轮倍率选择功能，通过旋转开关编码实现。图3.20为th7640加工中心控制面板的输出原理图，信

27、号通过io模块，传递到控制面板上，当按下控制面板上的功能按钮时，系统识别该按钮的功能后就回反馈一个输出信号。y6.0的信号控制x轴正向运动的状态灯，y6.2的信号控制z轴正向运动的状态灯，y6.3的信号控制y轴正向运动的状态灯，y6.5的信号控制z轴负向运动的状态灯，y6.6的信号控制y轴负向运动的状态灯，y7.0的信号控制快速运动灯，y7.4的信号控制x轴负向运动的状态灯，y7.5的信号控制冷却控制灯，y7.6的信号控制主轴停止灯，y7.7的信号控制照明灯。图3.17 cb106 输入图图3.18 cb106输出图图3.19 cb107输入图图3.20 cb107输出图3.4 th7640加

28、工中心pmc输入输出地址分配th7640加工中心的i/o的地址分配如图3.21所示：图3.21 io分配图从图3.21可以看出：本次设计的i/o地址为外置i/o地址，输入地址从x0.0开始到x11.7截止，输出地址从y0.0开始到y7.7截止。从图3.21可以看出输入地址分配为：x0.0、x0.2、x0.4、x1.0、x1.2、x1.4对应的是三轴的运动方向，x0.1、x0.3、x0.5、x0.7对应进给倍率选择信号，x1.1、x1.3、x1.5对应主轴倍率选择信号，x1.7、x2.1、x2.3对应工作方式选择信号，x0.6对应快速启动功能，x1.6对应程序启动功能，x2.0对应进给保持功能，

29、x2.2对应主轴定向功能，x2.4对应主轴反转功能，x2.6对应机床复位功能，x2.5对应主轴停止功能，x2.7对应主轴正转功能，x8.4对应急停功能，x8.5对应松刀按钮，x8.7对应刀库计数功能，x9.0、x9.1、x9.2对应三轴回零开关，x9.4、x9.5对应刀库运动开关，x9.6、x9.7对应主轴松紧刀检测信号，x4.0、x4.1、x4.2、x4.3对应快速倍率功能，x5.0、x5.4对应排屑正反转功能，x5.1对应冷却控制功能，x5.2、x6.2对应刀库正反转功能，x5.5对应照明功能，x5.7对应程序重启功能，x6.0对应选择跳过功能，x6.3对应空运行功能，x6.4对应机床琐住

30、功能，x6.6对应程序保护功能，x6.7对应单字节执行功能，x7.2、x7.4、x7.6对应手轮轴选择功能，x10.0、x10.2、x11.0为手轮倍率选择信号。从图3.21可以看出输出地址分配为：y0.0、y0.2、y0.6对应的是三轴原点灯，y0.4对应进给保持灯，y0.5对应程序启动灯，y1.1对应主轴准备好灯，y1.3、y1.5、y1.7对应主轴正反停灯，y2.0、y2.1对应刀库正反转灯，y2.2对应刀库气泵灯，y2.4、y2.5对应红绿灯，y2.6、y2.7对应换刀和抱闸灯，y3.2对应主轴冷却灯，y3.3、y3.4、y3.5对应排屑电机正反停灯，y3.6对应照明状态灯，y4.0、

31、y4.1、y4.2、y4.3对应快速倍率选择灯，y4.4对应空运行灯，y4.5对应单字节灯，y4.6对应选择停止灯，y4.7对应程序重启灯，y5.0对应选择跳过灯，y5.1对应机床琐住灯，y5.2、y5.3对应排屑正反转灯，y5.4、y5.7对应刀库正反转灯，y6.0、y6.2、y6.3、y6.5、y6.6、y7.4对应三轴运动方向灯，y7.6对应主轴停止灯。4 th7640加工中心电气软件功能设计4.1 cnc、pmc与mt之间的关系cnc装置完成插补、控制和监控管理等功能，而i/o逻辑处理主要都 是plc完成。plc主要用于一般的自动化设备，具有输入、与、或、输出、定时器、计数器等功能。f

32、anuc数控系统中的pmc（可编程机床控制器）除具有一般plc逻辑功能外，还设计了便于用户使用针对机床控制的功能指令，像快捷找刀、用于机床的译码指令等。图4.1 fanuc数控系统各接口信号地址之间关系从图4.1可以看出：1）cnc是数控系统的核心，机床上i/o与cnc交换信息，要通过pmc处理，才能完成信号处理，pmc起着机床与cnc之间桥梁作用。2）机床本体上的信号进入pmc，输入信号为x地址信号，输出到机床本体信号为y信号地址，因内置pmc和外置pmc不同，地址的编排和范围有所不同。3）根据机床动作要求，编制pmc程序，由pmc处理送给cnc装置的信号为g信号，cnc处理结果产生的标志位

33、为f信号。4.2 th7640加工中心pmc编程（1）急停信号图4.2 th7640加工中心急停控制梯形图急停功能在th7640加工中心运动中非常重要，当机床运动出现危险时就可以用急停功能使机床停止运动，正因为它的处理时间要求非常短，所以特把急停功能的优先级设计在第一级。这样保证机床能第一时间响应急停信号。在本次设计中急停信号的外围输入pmc地址为x8.4，是属于cb105模块，该信号的符号常用*esp表示，进入 cnc装置的地址信号为g8.4。由于急停信号的输入是“0”有效，所以在外围模块的输入上开关设定为常闭。如图4.2所示：当在控制面板上按下急停按钮时，中间继电器ka0的线圈不得电，ka

34、0的常开触点保持，x8.4信号从“1”变为“0”，g8.4得到“0”信号，加工中心停止运动。（2）方式选择信号图4.3 th7640加工中心方式选择梯形图th7640加工中心对机床的控制有不同的操作方式，但是fanuc系统每次只能接收到一种操作方式，fanuc系统只有在接收到对应的操作方式g信号后，系统才能处于与之相对应的操作方式中。在fanuc 0i数控系统中，方式选择信号是由g43.0，g43.1，g43.5，g43.7 四位构成的代码信号组合而成，它们有不多种组合方法，组合情况如表4.1所示：表 4.1 工作方式从表4.1可以得知：在本次设计中定义了8种工作方式，分别为：存 储器编辑，自

35、动运行，mdi方式，连线方式，手轮进给，手动进给，手动连续进给，手动寸动，手动返回参考点方式。同时cnc装置在接收到输入信号后会通过f输出给pmc反馈输出信号状态。本次设计选择工作方式的输入为旋转开关输入，旋转开关通过编码可 以的到2的n次方个组合，设定旋转开关的输入点数为3，就可以得到8个不同的组合。图4.3为th7640加工中心方式选择梯形图，本次设计的工作方式入口地址在控制面板上的cb104上，入口地址分别为：x1.7，x2.1，x2.3，通过这三个输入口信号的不同组合设计了与之对应的工作方式r1.0-r1.7。然后通过表4.1可以列出如下组合：g43.0 = （r1.4）+（r1.5）

36、+（r1.6）+（r1.7）g43.1 = (r1.0)+(r1.6)g43.2 = (r1.0)+(r1.1)+(r1.3)+(r1.5)+(r1.7)g43.5 = (r1.3)g43.7 = (r1.7)（3）进给轴运动图4.4 th7640加工中心进给控制梯形图进给轴方向选择信号（输入）+jn，-jn（g100#0，g100#1，g101#0，g101#1，g102#0，g102#1）表示jog进给时的进给轴及进给方向，信号名中的+/-表示进给方向，j后面的数字表示控制轴的序号。本次设计的th7640加工中心进给控制梯形图如图4.4所示：在cb104输入模块中的x0.0，x0.2，x0

37、.4，x1.0，x1.2，x1.4定义为x，y，z方向进给信号，它们的信号输入到pmc中，pmc把信号传入到fanuc系统中来控制加工中心各轴的运动。在手动模式f3.2的方式下，当按下代表x，y，z方向的按钮加工中心各轴就会随之运动。在cb104的输出模块中，为了直观的观察机床是否运动，则在对应的运动状态上添加一个发光二级管，当按下对应的方向按钮时，则与之对应的二级管就会被点亮，这样也可以来调试信号是否传入fanuc系统。当把方式选择调到手动进给方式时，按下方向的按钮键，加工中心不会运动，这是因为手动方式的进给倍率没有输入。手动速度的进给速度倍率输入信号为*jv0*jv15（g10，g11），

38、jog进给及步进进给的实际速度为jog设定值乘以进给速度倍率。是16位二进制代码信号，倍率值对应如表4.2所示：倍率值(%)=0.012vi其中*jvi为“1”时，v=0i*jvi为“0”时，v=1i*jv0*jv15全为“1”或“0”时，倍率值为0，停止进给。倍率值在0655.34%范围之内，步距为0.01%。表4.2 手动倍率组合表由于pmc的设计是在fanuc专门的梯形图编辑工具上，因此本设计调用了sub27功能模块来进行倍率的编辑。sub27的功能是二进制代码转换，在这里的作用是把旋转开关的位置分别对应手动倍率0%150%档，把0%150%倍率所对应的g10，g11与旋转开关编码对应。

39、g10与g11的数据是设定值的补码形式。如当10%倍率时g11g10为 1111110000010111取补码为1000001111101001，将100001111101001转化为十进制为-1001，同理将0%150%的补码与输入的状态相对应，来判断手动进给倍率。根据典型th7640加工中心而设计的操作面板，在手动返回参考点工作方式下同样也需要用到+x，+y，+z方向按钮，所以在编制pmc的时候将两种工作方式逻辑或，当选择工作方式档换到手动进给或者手动返回参考点时，按下+x，+y，+z键加工中心能进行响应的动作。手动返回参考点的动作过程分析：选择jog进给方式，将信号zrn（g43.7）置

40、为“1”，然后按返回参考点方向的手动进给按钮，加工中心可动部件就会以快速进给速度移动，当碰上减速限位开关，返回参考点用减速信号为“0”时，则进给速度减速，然后以一定的低速持续移动。次后离开减速限位开关，返回参考点用减速信号再次变为“1”后，进给停止在第一个电气栅格位置上，返回参考点结束信号变为“1”。（4）自动运行图4.5 th7640加工中心自动运行梯形图在加工中心加工中，加工零件就需要自动运行，因此在本次设计中编写了自动运行的pmc。当选择存储器运行方式时，若将信号st（g7.2）置为“1”后又置为“0”，fanuc系统就能识别为自动加工方式，会根据事先选择的程序，程序自动加工，系统同时将

41、自动运行起动中信号stl（f0.5）置“1”，根据工作原理，在本次设计中，如图4.5所示：当按下自动运行按钮时，x1.6置为“1”，当x1.6导通时，又在f3.5的工作方式下，则信号st置为“1”，当松开自动运行按钮时，x1.6置为“0”，信号st也置为“0”，fanuc系统为自动运行状态。同时系统将自动运行信号f0.5置为“1”，则自动运行灯所对应的地址y0.5也置为“1”，二级管导通发光。系统处于自动运行状态时，若将信号*sp（g8.5）置为“0”，fanuc系统就处于自动运行暂停状态，停止动作，同时自动运行启动信号stl（f0.5）变为“0”，自动运行暂停信号spl（f0.4）变为“1”

42、。此时即使信号*sp再次为“1”，也不能变为自动运行状态，只有将信号*sp置为“1”，信号st（g7.2）变为“1”后又变为“0”时，系统才处于自动运行状态。如图4.5所示：本次设计的自动暂停信号地址为x2.0，当没有按下暂停按钮时。x2.0置为“1”，g8.5置为“1”，当按下暂停按钮时，x2.0变为“0”，g8.5变为“0”，fanuc系统停止动作。同时自动暂停信号f0.4变为“1”，则自动暂停灯所对应的地址y0.4置为“1”，二极管导通。在自动运行方式下机床想要运动则还需自动运行速度倍率的设定，在自动运动中，实际的进给速度为指令速度乘以该信号所选择的倍率值。其为8位二进制代号。倍率公式如

43、下倍率值=|2ivi|% *fvi为“1”时，vi=0 ; *fvi为“0”时，vi=1 即各信号具有如下加权值。*fv0=1%，*fv1=2%，*fv2=4%，*fv3=8%，*fv4=16%，*fv5=32%，*fv6=64%，*fv7=128% 信号都为“0”和都为“1”一样，认为倍率为0。这样，以1%为步距，可以在0254%范围进行选择，倍率组合如表 4.3所示：表4.3 自动倍率组合表在本次设计中，自动运行倍率的选择开关与手动运行的选择开关相 同，所以编程方法与手动倍率的编程方法相同。（5）控制面板编程1）机床锁住功能图4.6 th7640加工中心机床锁住梯形图在本次设计中，为个使设

44、计更完整，特添加了许多典型th7640加工中心面板功能，g44.1为机床锁住信号，该信号为“1”时，输出脉冲不送到伺服放大器中，位置仍然显示变化，由于在设计中用的开关为按钮开关因此为了按下之后能继续保证状态，特编写了pmc程序。 如图4.6所示：当机床锁住按钮按下时，第一句：x6.4置为“1”，这时中间继电器r100.1的常闭也为“1”，中间继电器r100.0置为“1”。第二句：中间继电器r100.1也置为“1”。第三句：r100.0为“1”，g44.1的常闭为“1”，g44.1的信号导通。同时机床锁住灯也导通，当按钮按下有一个延迟，这时pmc又执行到这一段，第一句：x6.4为“1”，r100

45、.1的常闭为“0”，r100.0置为“0”。第二句：x6.4为“1”，r100.0为“1”。第三句：r100.0的常闭也“1”，g44.1也为“1”，则g44.1也一直被置为“1”，是个自锁功能。当按钮松开时， 第一句：x6.4变为“0”，则r100.0为“0”。第三句：r100.0的常闭为“1”，g44.1为“1”，则g44.1也一直为“1”。这样就成了一个保持电路。如图4.6所示：当再次按下机床锁住按钮时，第一句：x6.4置“1”这时中间继电器r100.0为“1”。第二句：x6.4置“1”，中间继电器r100.1也置为“1”。第三句：r100.0为“1”，g44.1的常闭为“0”，则g44

46、.1置为“0”，同时机床锁住灯熄灭。当按钮按下有一个延迟，这时pmc执行到这一段，第一句：x6.4为“1”，r100.1的常闭为“0”，r100.0被置为“0”。 第二句：x6.4为“1”，r100.0为“1”。第三句：r100.0的常闭也“1”，g44.1的常闭“0”，则g44.1也一直被置为“0”。 当按钮松开时，第一句：x6.4变为“0”，则r100.0为“0”。第三句：r100.0的常闭为“1”，g44.1为“0”，则g44.1也一直为 “0”。这样就成了一个保持电路。编制上面的pmc程序就能保证按下开关按钮后机床能一直保持与之对应的状态。在本次设计中面板上的功能有很多都用到了这种编程

47、技巧。2）单程序段信号图4.7th7640加工中心单程序段梯形图该功能表示正在执行的程序段一结束，机床就停止动作，直到再次按启动按钮。如图4.7所示：单程序段信号的按钮地址为x6.7，单程序段灯的地址为y4.5，进入fanuc系统的是g46.1。3）选择跳过信号图4.8 th7640加工中心选择跳过梯形图该功能信号为“1”，以后从“/”开始读入的程序段到程序段结束为止的信息视为无效。如图4.8所示：选择跳过信号的按钮地址为x6.0，选择跳过灯的地址为y5.0，进入fanuc加工中心的是g44.0。4）空运行信号图4.9 th7640加工中心空运行梯形图该功能信号表示此时自动运行的进给速度不是指

48、令值，而是用参数设定的空运行速度值。如图4.9所示：空运行信号的按钮地址为x6.3，空运行灯的地址为y4.4，进入fanuc系统的是g46.7。5）照明灯信号图4.10 th7640加工中心照明灯梯形图如图4.10所示：照明灯信号的按钮地址为x5.5，照明灯灯的地址为y7.7，控制照明的的输出地址为y3.6。6）排屑电机图4.11th7640加工中心排屑电机梯形图在设计整个加工中心的时候，为了使加工中心的设计更加的完整特添加了排屑电机正反转功能，该功能只能是手动控制，在pmc设计方面跟面板程序的设计相同，只不过在输出地址上有所不同，如图4.11所示它的输出地址为y3.3与y3.4，通过控制中间

49、继电器来控制交流接触器，最终来控制排屑电机。7）快速倍率图4.12 th7640加工中心快速倍率梯形图图4.12为th7640加工中心快速倍率梯形图编程。该功能为快速移动时候的倍率功能，快速倍率是g14.0与g14.1的组合。组合如表4.4所示：g14.0= （r119.0）+（r119.1）g14.1= （r119.1）+（r119.3）表4.4 快速移动组合比率表在程序初始给快速倍率设定了一个初始状态，是50%，当没有其他倍率按下时候就是按照初始状态的倍率。8）手轮信号图4.13 th7640加工中心手轮控制梯形图图4.13为th7640加工中心手轮控制梯形图，手轮的控制是th7640加工

50、中心的重点，在手轮模式下通过手轮可以进行th7640加工中心的运动，本次设计的系统fanuc0i-mc的手轮是属于控制面板的，在io口的输入上可以直接连接手轮。通过pmc编程就可以直接控制手轮。在手轮初始设定中，手轮的倍率是1%档。选择哪一个轴用手轮进给移动。由a（g18.0）、b（18.1）二位信号组成代码信号，手轮的选择组合如表4.5所示：表4.5 轴手轮选择组合表（6）主轴控制图4.14th7640加工中心主轴控制梯形图图4.14为th7640加工中心主轴控制梯形图，主轴控制在th7640加工中心中是很重要的一环，机床切削工件就需要用到主轴，本次设计的主轴控制可分为手动和自动功能，手动功

51、能的pmc编写与控制面板功能的pmc编写一致，同时主轴的初始设定为主轴停止。主轴倍率的编码方式与进给倍率的编码方式大体相同，是取的其反码，其编码组合如表4.6所示：表4.6 主轴倍率组合表7）辅助功能th7640 加工中心与m 功能有关的信号有：辅助功能选通信号mf,完成信号 fin, 辅助功能代码信号（输出）m00m31,分配结束信号（输出）den其工作方式为：在自动运行状态下，加工程序中若有字母m后面跟随最大8位数字的指令时，则cnc将此8位数用二进制代码送到f10f13中，代码信号输出后，经过参数设定的时间，辅助功能选通信号mff7#0变为“1”，pmc得到此信号读取m代码数据，编制pm

52、c程序，判断m功能，执行相应的动作，m功能动作完成时，要将完成信号fing4#3置为“1”，fin信号一变为“1”，经过参数设定的时间，cnc自动把信号mf变为“0”，然后将fin变为“0”，m代码信号全变成“0”，进入下一个程序段。辅助功能的程序编制如图4.15所示：图4.15 辅助功能梯形图在设计辅助功能的时候其中的冷却功能为m08，m09，主轴冷却功能为m12，m20这两个功能按照辅助功能的编制方式编制即可。同时对于主轴电机的控制也添加了自动功能，为m03，m04，m05分别代表主轴正转，主轴反转，主轴停止。本次设计的主轴准停为数控系统准停，在编制准停功能时只需把准停信号告诉给数控系统即

53、可，准停的为辅助功能m10。刀库的设计是整个th7640加工中心的重点，th7640加工中心与铣床的区别有很大一部分也在刀库上面。在本次设计中，刀库为12把刀。整个刀库的换刀过程分为几个独立的辅助功能。当写入刀库数据txxxx后，编制程序冲f26读出数据到d230，然后判断数据是否在112号内，判断刀具数据是否在主轴上，当刀具数据不在112刀号中或者刀具数据在主轴上，跳过换刀过程。当判断出刀具数据在112号中，而且刀具数据不在主轴上时。编写辅助功能m10，它的功能是主轴准停。主轴准停之后编写辅助功能程序m18，它的功能是刀库进入。等刀库进刀遇到行程开关后，刀库进刀停止，主轴运动到第二参考点，执

54、行辅助功能程序m11，它的功能是主轴自动松刀。也就是把主轴刀还给刀库同时主轴回到原来位置，这个时候进行刀库换刀过程，是通过刀库电机的正反转来找到刀具数据。找到刀具后主轴运动到第二参考点，这时执行辅助功能程序m15，它的功能是主轴自动紧刀，当辅助功能m15执行后主轴回到原来位置，再执行辅助功能m14，它的功能是完成刀库的退刀过程。 在本次设计中换刀过程由m18，m11，m15，m14等几个辅助功能一起组合而成。每个功能执行结束后会把结束信号反馈给g4.3,进入下一个辅助功能。4.3参数设置过程与方法cnc与机床连接后，为最大限度地发挥伺服电动机、机床功能等特性要对参数进行设定，参数值因机床而不同

55、，机床厂家调试好机床后，通常用户不能对系统参数随意进行变更。另外要对机床数据进行备份。fanuc系统参数基本设定方法（1）将setting画面的参数写入设定为可写。（2）按功能键“system”（3）按软键“参数”（4）以下列任一方法移动光标到要设定或者显示的参数号位置；1） 输入参数号，按软键“no.检索”。2） 按翻页键“page”，光标移动上下左右键移动光标到要设定或者显示的参数号的位置。（5）用数字键输入数据，按软键“输入”参数值被社顶并显示。（6）将“参数写入”设定为“不可”。5 th7640加工中心电气系统的调试5.1 th7640加工中心电气原理图的施工在设计完加工中心电气原理图

56、和fanucpmc后，就可以对本次设计的电气系统进行调试了，在调试电气系统之前需要对电气原理图进行施工，把fanuc数控系统和各个组成的功能部件按照电气原理图进行连线。5.2 th7640加工中心电气系统的调试5.2.1 th7640加工中心主电路的调试在电气原理图的施工完成后，开始对电气系统的主电路进行调试，调试方法如下： （1）断开总电源，将万用表打到电阻档，对施工的每一条电路进行电阻的测量，如果检测到阻值无限大，则说明这条电路不通，可以选择更换电线或者检测线是否接到位。（2）合上空气开关qf1，将万用表打到交流档，检测uv、vw两相之间的电压是否为380v，如果为380v则说明此段电路施

57、工正确。如果不为380v则说明连线或者空气开关出现错误。（3）合上空气开关qf2，将万用表打到交流档，检测u1v1、v1w1两相之间的电压是否为380v，如果为380v则说明此段电路施工正确。如果不为380v则说明连线或者空气开关出现错误。（4）合上空气开关qf3，将万用表打到交流档，检测u2v2、v2w2两相之间的电压是否为380v，如果为380v则说明此段电路施工正确。如果不为380v则说明连线或者空气开关出现错误。（5）合上空气开关qf4，将万用表打到交流档，检测u3v3、v3w3两相之间的电压是否为380v，如果为380v则说明此段电路施工正确。如果不为380v则说明连线或者空气开关出现错误。（6）合上空气开关qf5，将万用表打到交流档，检测u5v5、v5w5两相之间的电压是否为380v，如果为380v则说明此段电路施工正确。如果不为380v则说明连线或者空气开关出现错误。（7）将万用表打到交流档，检测u4v4、v4w4两相之间的电压是否为220v，如果为220v则说明此段电路施工正确