雷楠南

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 , 河南 三門峽 472000）

一、概述

數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)運(yùn)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(jìn)給速度。在機(jī)械零件加工過程中，還可根據(jù)實(shí)際情況利用機(jī)床操作面板上的二進(jìn)制旋轉(zhuǎn)編碼波段開關(guān)進(jìn)行主軸和進(jìn)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(jī)床主軸運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)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(shí)際轉(zhuǎn)速等于程序指令S值乘以主軸倍率[2]134-136。進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，不同的工作方式下有相應(yīng)的運(yùn)行速度，其速度值在機(jī)床參數(shù)中設(shè)定，并通過PMC速度倍率的處理產(chǎn)生實(shí)際運(yùn)行速度[3]72-75。若數(shù)控機(jī)床選擇手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給JOG方式，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給時(shí)，則手動(dòng)進(jìn)給速度為系統(tǒng)參數(shù)1423設(shè)定值乘以手動(dòng)進(jìn)給倍率[4]37-39。若數(shù)控機(jī)床選擇自動(dòng)AUTO、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入MDI等方式時(shí)，進(jìn)給軸的運(yùn)動(dòng)是通過數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行加工程序來實(shí)現(xiàn)的；因此，通常將這種方式下進(jìn)給軸的運(yùn)行速度稱為切削進(jìn)給速度或編程進(jìn)給速度，其速度為程序中給定的F值乘以編程進(jìn)給倍率。

二、進(jìn)給速度倍率開關(guān)信號(hào)的格雷碼轉(zhuǎn)換控制

在FANCU0iD系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床操作面板上，通常采用二進(jìn)制旋轉(zhuǎn)編碼波段開關(guān)進(jìn)行倍率選擇，倍率開關(guān)輸入信號(hào)采用格雷碼形式。格雷碼采用絕對(duì)編碼方式，是一種錯(cuò)誤最小化的編碼方式；對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)而言，在使用時(shí)必須先轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼。格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼時(shí)，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(jìn)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(jìn)給倍率開關(guān)輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換控制梯形圖程序。

圖1 進(jìn)給倍率格雷碼轉(zhuǎn)換PMC控制梯形圖

一般情況下，進(jìn)給倍率輸入信號(hào)X地址的數(shù)量是根據(jù)旋轉(zhuǎn)開關(guān)對(duì)應(yīng)的檔位數(shù)量來確定的[6]15-17。此處，由于XK714數(shù)控機(jī)床上進(jìn)給倍率開關(guān)對(duì)應(yīng)16檔位，故只需設(shè)置4個(gè)X 地址信號(hào)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)二進(jìn)制波段開關(guān)使其處于不同檔位時(shí)，4個(gè)X地址信號(hào)可構(gòu)成不同的格雷碼對(duì)應(yīng)16個(gè)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(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼。在圖1程序中，X0000.3、X0000.5、X0000.1、X0000.7為進(jìn)給倍率開關(guān)輸入地址信號(hào)，輸入信號(hào)的不同組合值構(gòu)成格雷碼，其特點(diǎn)是任何兩個(gè)相鄰碼值之間只有1位是變化的；R0204為進(jìn)給倍率數(shù)據(jù)表的表內(nèi)號(hào)地址；倍率開關(guān)的每一檔位都對(duì)應(yīng)著一個(gè)格雷碼，當(dāng)旋轉(zhuǎn)倍率開關(guān)時(shí)，可將不同檔位的格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式的倍率數(shù)據(jù)表的表內(nèi)號(hào)存儲(chǔ)于R0204。

三、進(jìn)給速度倍率PMC編程控制

因?yàn)檫M(jìn)給倍率修調(diào)范圍大、在硬件上很難實(shí)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(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換CODB指令來實(shí)現(xiàn)。CODB 指令功能是把 2字節(jié)二進(jìn)制數(shù)指定的數(shù)據(jù)表內(nèi)號(hào)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(jìn)制數(shù)據(jù)，以補(bǔ)碼形式輸出到目標(biāo)地址[7]40-41。不論手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給還是編程進(jìn)給速度倍率信號(hào)的處理，均是基于CODB功能指令實(shí)現(xiàn)。

（一）手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給速度倍率PMC控制

圖2 手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給速度倍率PMC控制程序

FANUC0iD系統(tǒng)中手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給速度倍率信號(hào)為“*JV15～*JV0”，進(jìn)行PMC編程時(shí)地址為G0011.7～ G0010.0。 手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給速度倍率信號(hào)處理的過程如下：先由PMC將二進(jìn)制旋轉(zhuǎn)波段開關(guān)的輸入格雷碼信號(hào)轉(zhuǎn)換為倍率數(shù)據(jù)表的表內(nèi)號(hào)，然后再利用二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換功能指令CODB把表內(nèi)號(hào)所對(duì)應(yīng)的倍率數(shù)據(jù)進(jìn)行二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換并傳送到G0011.7～ G0010.0地址中。在圖2所示手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給速度倍率程序中，二進(jìn)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(chǔ)倍率開關(guān)的輸入信號(hào)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(dāng)CODB功能指令的控制端，即ACT端接通時(shí)，便可執(zhí)行二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換。利用CODB功能指令時(shí)，關(guān)鍵是確定數(shù)據(jù)表內(nèi)的倍率數(shù)據(jù)。因?yàn)槭謩?dòng)連續(xù)進(jìn)給速度倍率信號(hào)“*JV15～*JV0”為低電平“0”時(shí)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(shí)際倍率乘以100后的反碼，即相應(yīng)負(fù)整數(shù)的補(bǔ)碼。由此可見，倍率表內(nèi)每一檔位對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為：－（實(shí)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(dòng)連續(xù)進(jìn)給倍率數(shù)據(jù)表中每一檔位對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。編制倍率處理PMC程序時(shí)，務(wù)必要將每一檔位對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入倍率數(shù)據(jù)表。

（二）編程進(jìn)給速度倍率PMC控制

FANUC0iD系統(tǒng)中編程進(jìn)給速度倍率信號(hào)為“*FV7～*FV0”， 進(jìn)行PMC編程時(shí)地址為G0012.7～ G0012.0。編程進(jìn)給速度倍率信號(hào)處理的過程與手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給類似，先由PMC將二進(jìn)制旋轉(zhuǎn)波段開關(guān)的輸入格雷碼信號(hào)轉(zhuǎn)換為倍率數(shù)據(jù)表的表內(nèi)號(hào)，然后再利用二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換功能指令CODB把表內(nèi)號(hào)所對(duì)應(yīng)的倍率數(shù)據(jù)進(jìn)行二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換并傳送到G0012.7～ G0012.0地址中。由于編程進(jìn)給速度倍率信號(hào)“*FV7～*FV0”也為低電平“0”時(shí)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(shí)際倍率的反碼，即相應(yīng)負(fù)整數(shù)的補(bǔ)碼。故倍率表內(nèi)每一檔位對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為：－（實(shí)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(jìn)給速度倍率數(shù)據(jù)表中每一檔位對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

圖3 編程進(jìn)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(jī)床操作面板上，主軸倍率開關(guān)對(duì)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(gè)二進(jìn)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(hào)地址使用。對(duì)于FANUC 0iD系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速倍率控制，PMC編程時(shí)地址為G30.0～G30.7，倍率信號(hào)“SOV7～SOV0”為高電平“1”信號(hào)時(shí)有效。主軸速度倍率表內(nèi)存放的倍率值與每一檔位對(duì)應(yīng)的實(shí)際倍率值相同。如圖4所示為主軸倍率PMC控制程序，二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換功能指令CODB下方數(shù)值即為對(duì)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(shí)，一定要注意倍率開關(guān)檔位對(duì)應(yīng)的倍率值要與當(dāng)前倍率開關(guān)輸入信號(hào)組合出的倍率數(shù)據(jù)表表內(nèi)號(hào)一一對(duì)應(yīng)；否則，倍率開關(guān)檔位對(duì)應(yīng)的倍率值將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

五、結(jié)語

倍率控制程序的正確與否關(guān)系到進(jìn)給軸和主軸運(yùn)動(dòng)速度是否正確，進(jìn)而影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量。對(duì)于進(jìn)給軸倍率控制，倍率開關(guān)輸入信號(hào)為格雷碼，所以編程時(shí)必須編制格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼和倍率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序。進(jìn)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(jì)算、二進(jìn)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(shí)，要根據(jù)倍率開關(guān)輸入信號(hào)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(jìn)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(duì)應(yīng)的實(shí)際倍率值。通過文中編程，可見功能指令的應(yīng)用極大地簡(jiǎn)化了PMC程序的編制，提高了PMC程序編制效率。