基于PMC控制程序的FANUC系列三轴立式加工中心超程故障之分析

陈 娟

（九江职业大学 机电工程学院，江西 九江 332009）

目前，在工业生产中应用较为广泛的数控操作系统有：日本FANUC、三菱，德国西门子、海德曼及台湾新代等。得益于东方式的设计理念、友好的人机交互体验及可靠的操作性能，日本FANUC数控系统机床在国内的使用非常广泛。

一、FANUC系列加工中心的基本结构

三轴立式加工中心主要由数控系统、电气控制装置、刀库和机械手、机床本体以及其他诸如冷却循环系统、照明系统和润滑系统等辅助装置组成。

其中，本文讨论的数控装置是基于日本FANUC公司推出的0i_MD系统搭建的，主要包括数控系统、伺服驱动器以及伺服电机等组成，该系统性能稳定，使用广泛[1]（33）。

加工中心刀库一般分为盘式和链式两种，前者刀具容量较小，最多可以容纳24把刀具，应用于中小型加工中心；后者最多可以一次性安装100把刀具，常用于大型加工中心。

机床本体则包括机床床身基座、立柱和主轴等，一般由国内设备制造商提供，目前常见的机床设备制造商有沈阳机床厂、大连机床厂和北京第一机床厂等。

二、超程部分的PMC程序设计

作为精密机械加工设备，FANUC系统数控加工中心的操作基本上都是由PMC控制的，因此如果想要从根本上控制软硬件超程的发生，就必须分析PMC控制系统程序的工作原理，拟从中找到PMC程序设计的方法来规避超程现象的发生[2]（52）。

具体PMC控制程序梯形图设计如下：

网络1：输入为三个轴的限位开关（行程开关），若碰到三个轴中任意一轴的限位开关时，中间继电器 R0203.0为 1。

网络 2：F003.0为增量进给选择检测信号，F003.1为手轮进给选择检测信号，F003.2为手动连续进给选择检测信号，F004.5为选择手动返回参考点确认信号。当系统选择这四种工作方式的一种时，中间继电器R0203.7为1。

本系统还有四种工作方式，分别为：F003.3选择手动数据输入检测信号，F003.4选择DNC（分布式数控）运转确认信号，F003.5选择自动运行检测信号，F003.6存储器编辑选择检测信号。

网络3：当碰到四个轴的任意一个轴的限位开关时，R0203.0 为 1，R0203.1 为 1，R0203.2 为 1，下一个周期到来时将R0203.1复位为0。

网络4-5：当X009.4为1，即碰到X轴的限位开关时，R0203.1瞬间为 1，当系统为 F003.0、F003.1、F003.2、F004.5四种工作方式的一种时，R0203.3为1。常开触点与R0203.1常闭串联，等下一周期到来时，R0203.1复位，起到保持作用。此段程序意为：当碰到X轴的限位开关时，如果系统是F003.0、F003.1、F003.2、F004.5 四种工作方式的一种工作模式，则R0203.3为1。

网络6-8：X0010.4为正方向信号，与R0203.3串联表示X轴正超程。G0100.0表示X轴正超程报警信号。上一行程序意为：在JOG或INC方式下，碰到X轴限位开关，且为正方向信号，则G0100.0为1，X轴正超程报警。F0094.0为返回X轴（1轴）参考点完成信号。K参数自行设置1或0，即为0时，设定-X轴方向允许移动。下一行程序功能是解除报警，分析如下：系统调至F004.5（手动回参考点模式），则F003.2和F003.0都为0，上一行程序无法接通G0100.0，但此时还未解除报警，报警信号G0100.0应该处于继续得电状态，通过故X009.4与F004.5继续接通G0100.0。在面板上设置K0010.0为0（允许负方向移动机床），手动返回参考点，当返回参考点完成时，F0094.0为1，断开G0100.0，停止报警[3]（21）。

网络9：X0010.6为负方向信号，与R0203.3串联表示X轴负超程。G0102.0表示X轴负超程报警信号。上一行程序意为：在JOG或INC方式下，碰到X轴限位开关，且为负方向信号，则G0102.0为1，X轴负超程报警。系统K参数自行设置1或0，即为1时，设定+X轴方向允许移动。下一行程序功能是解除报警，系统调至F004.5手动回参考点模式，则F003.2和F003.0都为0，上一行程序无法接通G0102.0，但此时仍应报警，故X009.4与 F004.5继续接通G0102.0。在面板上设置K0010.0为1（允许正方向移动机床），手动返回参考点，当返回参考点完成时，F0094.0为1，断开G0102.0，停止报警。

网络10-13：这几段程序分别是Y轴正超程、Y轴负超程，Z轴正超程、Z轴负超程对应输出G信号的得电情况和解除报警操作过程，与X轴正超程和X轴负超程报警分析情况类似，故此处从略。

网络 14：R9091.5：200ms 闪烁，R9091.6：500ms闪烁。Y0009.4为X轴超程报警灯。在手动连续进给或手轮进给模式下，碰到X轴极限开关，报警灯常亮。当系统在回参考点过程中出现X轴正方向或负方向超程情况时，报警灯以200ms频率闪烁，当回到参考点时，报警灯常亮。如果没有碰到X轴限位开关，G0100.0和G0102.0为0，但系统处于手动回参考点模式，则报警灯以500ms的频率闪烁，当回到参考点时，报警灯常亮。再将系统运行方式调至其他模式，报警灯熄灭[4]（143）。这段程序解释了 X 轴报警指示灯在不同状态对应的超程报警情况。

网络15-16：这两段程序是Y、Z两个轴报警指示灯的不同状态对应的超程报警情况。与X轴状态和情况相同，从略。

网络17-18：当三轴之一出现正超程时，Y0010.4报警指示灯亮。当三轴之一出现负超程时，Y0010.6报警指示灯亮。

三、超程报警的解决方案

以下拟给出两种情况下的超程报警的判断方法和处理方案。

（一）X轴超程报警灯长亮

判断方法：通过网络14的PMC程序可以判断出，当碰到行程开关（限位开关）时，对应报警灯常亮。查询PMC发现输出信号G0102.0接通，说明出现 X 轴负方向超程[5]（73）。

解决方法：将导轨上防护罩拆开，手动转动丝杠，使得X轴往正方向移动，释放X轴负限位开关。再按住超程解除按钮+快速移动（或手轮）工作模式，使工作台正向移动回参考点，解除报警。

（二）在回参考点系统过程中Z轴超程报警灯快速闪烁

判断方法：通过网络15可以分析出，当系统在回参考点过程中如果出现超程情况则报警灯以200ms（5HZ）的频率快速闪烁。查看网络15的PMC程序发现G0100.1处于接通状态，表示Z轴在回参考点过程中出现了正方向报警。观察CRT屏幕上的Z轴位置显示，发现超过500，判定此故障为Z轴在回参考点过程中出现了正方向软限位报警。

解决方法：在手动回参考点时，观察减速开关输入PMC信号DGN16.5变化正常，说明减速开关没有问题。将CNC参数No.702设定为99999999，手动回参考点正常，No.702重新设定到500。

以上分析了三轴立式加工中心之X、Y、Z三轴在包括手动、自动、手轮等各种工作方式下，其有效工作行程与限位块之间是否发生软硬件碰撞之工作原理，并且基于PMC程序优化设计以及硬件方面的调整，可以较为有效地避免硬件超程的发生，从而降低了机床设备的损坏，提高了生产效率。