雷楠南

（三門峽職業(yè)技術(shù)學院 , 河南 三門峽 472000）

一、概述

數(shù)控機床在生產(chǎn)運行過程中，通常要根據(jù)零件的加工工藝要求，選擇合適的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度。在機械零件加工過程中，還可根據(jù)實際情況利用機床操作面板上的二進制旋轉(zhuǎn)編碼波段開關(guān)進行主軸和進給倍率修調(diào)[1]50-51，以便提高加工質(zhì)量和效率。在FANUC0iD系統(tǒng)數(shù)控機床主軸運行時，其運行速度主要是由加工程序中的速度指令S代碼值和主軸倍率決定的；主軸實際轉(zhuǎn)速等于程序指令S值乘以主軸倍率[2]134-136。進給軸運動時，不同的工作方式下有相應(yīng)的運行速度，其速度值在機床參數(shù)中設(shè)定，并通過PMC速度倍率的處理產(chǎn)生實際運行速度[3]72-75。若數(shù)控機床選擇手動連續(xù)進給JOG方式，實現(xiàn)手動連續(xù)進給時，則手動進給速度為系統(tǒng)參數(shù)1423設(shè)定值乘以手動進給倍率[4]37-39。若數(shù)控機床選擇自動AUTO、手動數(shù)據(jù)輸入MDI等方式時，進給軸的運動是通過數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行加工程序來實現(xiàn)的；因此，通常將這種方式下進給軸的運行速度稱為切削進給速度或編程進給速度，其速度為程序中給定的F值乘以編程進給倍率。

二、進給速度倍率開關(guān)信號的格雷碼轉(zhuǎn)換控制

在FANCU0iD系統(tǒng)標準機床操作面板上，通常采用二進制旋轉(zhuǎn)編碼波段開關(guān)進行倍率選擇，倍率開關(guān)輸入信號采用格雷碼形式。格雷碼采用絕對編碼方式，是一種錯誤最小化的編碼方式；對于數(shù)控系統(tǒng)而言，在使用時必須先轉(zhuǎn)換為二進制代碼。格雷碼轉(zhuǎn)換為二進制碼時，轉(zhuǎn)換方法是最左邊一位保持不變，從左邊第二位開始，將每位與左邊一位解碼后的值進行異或處理作為該位解碼后的值[5]56-57，如圖1所示為XK714數(shù)控銑床上進給倍率開關(guān)輸入信號的轉(zhuǎn)換控制梯形圖程序。

圖1 進給倍率格雷碼轉(zhuǎn)換PMC控制梯形圖

一般情況下，進給倍率輸入信號X地址的數(shù)量是根據(jù)旋轉(zhuǎn)開關(guān)對應(yīng)的檔位數(shù)量來確定的[6]15-17。此處，由于XK714數(shù)控機床上進給倍率開關(guān)對應(yīng)16檔位，故只需設(shè)置4個X 地址信號。當旋轉(zhuǎn)二進制波段開關(guān)使其處于不同檔位時，4個X地址信號可構(gòu)成不同的格雷碼對應(yīng)16個檔位，然后根據(jù)倍率處理需要通過圖1所示程序?qū)⑿D(zhuǎn)開關(guān)輸入格雷碼信號轉(zhuǎn)換為二進制代碼。在圖1程序中，X0000.3、X0000.5、X0000.1、X0000.7為進給倍率開關(guān)輸入地址信號，輸入信號的不同組合值構(gòu)成格雷碼，其特點是任何兩個相鄰碼值之間只有1位是變化的；R0204為進給倍率數(shù)據(jù)表的表內(nèi)號地址；倍率開關(guān)的每一檔位都對應(yīng)著一個格雷碼，當旋轉(zhuǎn)倍率開關(guān)時，可將不同檔位的格雷碼轉(zhuǎn)換為二進制形式的倍率數(shù)據(jù)表的表內(nèi)號存儲于R0204。

三、進給速度倍率PMC編程控制

因為進給倍率修調(diào)范圍大、在硬件上很難實現(xiàn)，所以倍率的調(diào)整主要通過PMC程序?qū)崿F(xiàn)。在FANUC0iD系統(tǒng)中，速度倍率的PMC編程主要利用二進制代碼轉(zhuǎn)換CODB指令來實現(xiàn)。CODB 指令功能是把 2字節(jié)二進制數(shù)指定的數(shù)據(jù)表內(nèi)號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為1字節(jié)、2字節(jié)或4字節(jié)格式的二進制數(shù)據(jù)，以補碼形式輸出到目標地址[7]40-41。不論手動連續(xù)進給還是編程進給速度倍率信號的處理，均是基于CODB功能指令實現(xiàn)。

（一）手動連續(xù)進給速度倍率PMC控制

圖2 手動連續(xù)進給速度倍率PMC控制程序

FANUC0iD系統(tǒng)中手動連續(xù)進給速度倍率信號為“*JV15～*JV0”，進行PMC編程時地址為G0011.7～ G0010.0。 手動連續(xù)進給速度倍率信號處理的過程如下：先由PMC將二進制旋轉(zhuǎn)波段開關(guān)的輸入格雷碼信號轉(zhuǎn)換為倍率數(shù)據(jù)表的表內(nèi)號，然后再利用二進制代碼轉(zhuǎn)換功能指令CODB把表內(nèi)號所對應(yīng)的倍率數(shù)據(jù)進行二進制代碼轉(zhuǎn)換并傳送到G0011.7～ G0010.0地址中。在圖2所示手動連續(xù)進給速度倍率程序中，二進制代碼轉(zhuǎn)換指令CODB指定的變換數(shù)據(jù)格式為2字節(jié)、數(shù)據(jù)容量為21、變換數(shù)據(jù)輸入地址為R0204，變換數(shù)據(jù)輸出地址為G0010.0。數(shù)據(jù)表容量由倍率檔位的數(shù)目決定，變換數(shù)據(jù)輸入地址用來存儲倍率開關(guān)的輸入信號狀態(tài)，變換數(shù)據(jù)輸出地址用于存放轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。當CODB功能指令的控制端，即ACT端接通時，便可執(zhí)行二進制代碼轉(zhuǎn)換。利用CODB功能指令時，關(guān)鍵是確定數(shù)據(jù)表內(nèi)的倍率數(shù)據(jù)。因為手動連續(xù)進給速度倍率信號“*JV15～*JV0”為低電平“0”時有效，且倍率單位為0.01%，所以倍率數(shù)據(jù)表的倍率數(shù)據(jù)均為實際倍率乘以100后的反碼，即相應(yīng)負整數(shù)的補碼。由此可見，倍率表內(nèi)每一檔位對應(yīng)的數(shù)據(jù)為：－（實際倍率×100+1）。在圖2程序中，功能指令CODB下方的數(shù)值即為手動連續(xù)進給倍率數(shù)據(jù)表中每一檔位對應(yīng)的數(shù)據(jù)。編制倍率處理PMC程序時，務(wù)必要將每一檔位對應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入倍率數(shù)據(jù)表。

（二）編程進給速度倍率PMC控制

FANUC0iD系統(tǒng)中編程進給速度倍率信號為“*FV7～*FV0”， 進行PMC編程時地址為G0012.7～ G0012.0。編程進給速度倍率信號處理的過程與手動連續(xù)進給類似，先由PMC將二進制旋轉(zhuǎn)波段開關(guān)的輸入格雷碼信號轉(zhuǎn)換為倍率數(shù)據(jù)表的表內(nèi)號，然后再利用二進制代碼轉(zhuǎn)換功能指令CODB把表內(nèi)號所對應(yīng)的倍率數(shù)據(jù)進行二進制代碼轉(zhuǎn)換并傳送到G0012.7～ G0012.0地址中。由于編程進給速度倍率信號“*FV7～*FV0”也為低電平“0”時有效，且倍率單位為1%，所以倍率數(shù)據(jù)表的倍率數(shù)據(jù)為實際倍率的反碼，即相應(yīng)負整數(shù)的補碼。故倍率表內(nèi)每一檔位對應(yīng)的數(shù)據(jù)為：－（實際倍率+1）。如圖3程序所示，功能指令CODB下方的數(shù)值即為編程進給速度倍率數(shù)據(jù)表中每一檔位對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

圖3 編程進給速度倍率PMC控制程序

圖4 主軸速度倍率PMC控制程序

四、主軸速度倍率控制PMC編程

在FANUC0iD系統(tǒng)數(shù)控機床操作面板上，主軸倍率開關(guān)對應(yīng)的檔位大多為50%至120%，共8檔。因此，主軸倍率開關(guān)通常利用3個二進制控制位組合出8種狀態(tài)，作為主軸倍率數(shù)據(jù)表的表內(nèi)號地址使用。對于FANUC 0iD系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速倍率控制，PMC編程時地址為G30.0～G30.7，倍率信號“SOV7～SOV0”為高電平“1”信號時有效。主軸速度倍率表內(nèi)存放的倍率值與每一檔位對應(yīng)的實際倍率值相同。如圖4所示為主軸倍率PMC控制程序，二進制代碼轉(zhuǎn)換功能指令CODB下方數(shù)值即為對應(yīng)的倍率數(shù)據(jù)表中的倍率值。在主軸倍率開關(guān)采用普通的BCD碼時，一定要注意倍率開關(guān)檔位對應(yīng)的倍率值要與當前倍率開關(guān)輸入信號組合出的倍率數(shù)據(jù)表表內(nèi)號一一對應(yīng)；否則，倍率開關(guān)檔位對應(yīng)的倍率值將會出現(xiàn)錯誤。

五、結(jié)語

倍率控制程序的正確與否關(guān)系到進給軸和主軸運動速度是否正確，進而影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量。對于進給軸倍率控制，倍率開關(guān)輸入信號為格雷碼，所以編程時必須編制格雷碼轉(zhuǎn)換為二進制代碼和倍率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序。進給倍率程序編制的關(guān)鍵是明確倍率數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)的計算、二進制代碼轉(zhuǎn)換功能指令CODB的應(yīng)用及數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)的正確寫入。主軸倍率程序編制時，要根據(jù)倍率開關(guān)輸入信號是格雷碼或普通BCD碼來決定是否編制格雷碼轉(zhuǎn)換程序；倍率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序的編制與進給軸類似，但是要注意其倍率數(shù)據(jù)表中的倍率值為每一檔位對應(yīng)的實際倍率值。通過文中編程，可見功能指令的應(yīng)用極大地簡化了PMC程序的編制，提高了PMC程序編制效率。