基于FANUC数控系统回参考点程序设计及改进*

沈钻科

（常州刘国钧高等职业技术学校，江苏常州 213000）

0 引言

在数控车床维修改造中遇到机床功能面板按键使用不当、造成损坏、机床无法使用等情况时，更换系统原功能面板代价过于昂贵。为节约维修成本，使用国内厂家生产的功能面板能实现原功能面板的效果，但更换硬件后控制机床功能的梯形图也需要根据硬件进行修改。本次设计以回参考点按键功能失效，更换硬件为例，设计改进数控机床回参考点梯形图程序。

1 回参考点原理

数控机床参考点是数控系统用于测量机床进给轴实际移动距离的基准位置点[1]。当数控车床的位置反馈元件使用增量式的旋转编码器或者增量式的光栅尺时，数控车床在接通电源刚开机时，无法确定当前位置在机床坐标系中的实际坐标位置，所以必须经过回参考点的运动，使机床到达参考点，从而确定机床原点，即刀架返回参考点的运动过程[2]。只有机床参考点被确认后，机床的进给轴移动才有基准。

数控机床由于伺服系统类型不同，参考点的动作、细节有所不同，主要可以分两种类型，一类是闭环或半闭环控制数控机床运用的栅格回参考点法，另外一类是开环控制数控机床运用的磁开关回参考点法[3]。

CKA6150数控车床（采用FUNUC Oi-TF系统）系统类型为半闭环控制伺服系统，采用增量式伺服电机，其测量元件是增量式脉冲编码器。采用栅格回参考点的方法，通常也被称作有挡块回零[4]，机床在断电后第一次开机时，无法确定各轴当前位置在机床坐标系中的实际位置，因此每次开机时都需要进行回参考点的操作。

下面以CKA6150数控车床（采用FUNUC Oi-TF系统）为例，简要叙述回参考点的原理和过程，如图1所示。

图1 参考点返回时序图（挡块方式）

（1）在数控机床操作面板上找到回零（回考点）工作方式，将旋钮开关旋转至回零工作方式，然后选中并按下机床设置的伺服轴回零方向按键，使伺服轴按照系统设置好的速度移动至参考点。

（2）当接近参考点时，随工作台一起运动的减速档块压下参考点开关触头，使减速信号（*DEC1、*DEC2、*DEC3之一）由通（ON）转为断（OFF）状态[5]，机床工作台会立即减速并按参数设定的速度继续运动。减速让运动部件的移动惯量变小，直至准确地停留在参考点位置上。当机床上所有的进给轴都完成这一过程后，那么机床即完成了回参考点的运动过程。

机床操作过程中，只要不改变滚珠丝杠与脉冲编码器之间的相对位置或不调整参考点档块已经校定的位置，栅格信号就会以很高的重复精度出现。

2 回参考点功能程序设计

下面以CKA6150数控车床（采用FUNUC Oi-TF系统）为例，介绍PMC程序的设计。

2.1 回参考点单键自锁程序

图2 所示为设计回参考点按键单键自锁功能的PMC 控制程序。解读单键自锁程序功能如下。

（1）PMC 程序第一周期扫描执行过程，按下回零工作方式按键，程序第二行输入信号常开触点X7.5 闭合得电时，R101.1 线圈得电，PMC程序中所有R101.1 常开触点闭合；按照PMC程序执行的原则，第三行R101.1常开触点闭合，通过R101.0 的常闭导通信号R101.2 线圈，R101.2 线圈得电，第四行R101.2 常开触点闭合，通过R101.3 的常闭触点，导通R101.3 线圈，R101.3 线圈得电，R101.3 常闭触点断开，同时R101.3 常开触点闭合，这时梯形图根据从上至下逐行执行的原则，R101.3 常闭触点有变化，第一周期执行过程结束，不会使R101.3线圈产生变化。本段PMC程序R101.3线圈为最后一节内容，执行完毕。

（2）PMC 程序第二周期扫描执行过程，PMC 程序在第一周期扫描执行过程中R101.1 常开触点已经闭合，当系统执行第二次扫描程序时，R101.0 线圈得电，程序第三行R101.0 常闭触点断开，使得R101.2 线圈失电，这时候务必注意数控机床PMC程序执行速度为毫秒单位，因此操作者是否此时松开回零工作方式按键，使常开触点X7.5 产生变化，都不会对R101.2 线圈产生影响；第四行R101.2 常开触点复位，R101.2常闭触点复位，这时由于第一周期时R101.3 线圈得电，R101.3 常闭触点断开，R101.3 常开触点闭合，最终R101.3 线圈实现自锁。本段PMC程序设计最终实现功能按一次按键当前功能保持，再按一次按键功能关闭。

图2 回参考点单键自锁方式选择功能

2.2 工作方式选择程序

图3～4所示为根据CKA6150数控车床设计方式选择功能的PMC控制程序。解读方式选择程序功能为：下面两段PMC程序不受期扫描周期影响其执行过程，图2 通过输入信号X1.2、X1.3、X1.4 常开和常闭触点组合可实现分别导通手动R100.0、自动R100.1、手动编辑（MDI）R100.2、存储器编辑R100.3、手摇R100.4五个信号[5]，输入信号X1.2、X1.3、X1.4通过相互之间地通过硬件结构上，先后接触导通实现上面5种信号不能同时得电。

图3 方式选择拨扭信号

如图4 所示，R 信号线圈得电后，导通G 信号（G0043.3～G0043.3，G0043.5，G0043.7）到CNC，数控系统工作方式的功能实现最终是将FANUC定义的方式功能G信号导通。G信号方式选择组合信号如表1所示。

图4 方式选择信号

表1 方式选择信号

2.3 进给轴正负方向选择

图5 所示为根据CKA6150 数控车床设计进给轴正负方向选择功能的PMC 控制程序，解读进给轴正负方向选择功能：本段PMC程序不受期扫描周期影响其执行过程，坐标轴方向按键输入信号X0.5、X1.0、X1.1、X0.6 常开和常闭触点互锁组合可实现分别导通进给轴方向信号G100.0、G100.1、G102.0、G102.1，以及按键指示灯信号Y0.5、Y1.0、Y1.1、Y0.6。

综上所述，通过3 段PMC 程序功能，最终实现了CKA6150 数控车床进给轴回参考点的功能，达到了程序设计要求。

图5 回参考点方向选择PMC程序

3 回参考点程序改进设计

CKA6150 数控车床回参考点功能程序在后期实际运行调试过程中发现，数控机床开机回零后，操作人员必须全程按住机床操作面板上的方向键，手一松开方向按键，回参考点功能无法完成，操作步骤比较繁琐。针对以上PMC程序进行功能二次开发，在不改变大功能的结构下，单独对回参考点方向的选择程序进行优化，改进要求能达到按下回参考点方向键，手松开后机床仍能自动返回参考点的功能。

图6 所示为优化设计后的PMC 程序。在程序设计中，使用平时会被编程设计人员忽视的F信号。F信号是由CNC内部发出传送到PMC的信号，该种信号由CNC厂家设定，PMC编程人员只可使用不可更改，查阅资料PMC信号指令表中有回零结束信号 F94.0、F94.1、F94.2、F94.3 的功能[6]。F94.0 为X+回零结束信号；F94.1 为Z+回零结束信号，其对应的G 信号分别为G100.0 和G100.1；F4.5 为手动回零方式确认信号，查阅资料PMC功能指令表中有置位（S）和复位（F）功能指令，本次设计将运用以上指令。

图6 回参考点方向选择改进PMC程序

解读回零功能：本段PMC程序不受期扫描周期影响其执行过程，当回零信号选通时按下X+，则X0.5导通R150.0置位线圈，使R150.0 保持得电在手动方式下（R100.0 得电）保持G100.0得电。当机床X轴回到零位时，F94.0的常开导通，复位 R150.0 线圈得电使 G100.0 失电 X 轴回零结束。Z 轴与 X 轴原理相同，此种方法避免了机床在使用过程中出现报警后，无法二次回零的问题，结构简单明了，实现了CKA6150 数控车床进给轴回参考点的功能，达到了程序设计要求。

4 结束语

本文数控系统回参考点程序的设计及改进，解决了数控机床在维修更换硬件后，原有梯形图程序和硬件不匹配，数控系统无法正常工作的问题。在原梯形图的基础上，将机床回参考点功能进一步优化，实现了按下回参考点按钮，数控机床能自动回参考点的功能，提高了机床及操作人员的工作效率，使数控车床功能显得现代化，满足了现代数控机床的实际需求。