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一、FANUC数控系统应用中心建设思路
1.产业基础。制造业是我国国民经济的支柱产业，装备制造业是国家重点振兴行业，数控行业是装备制造业的核心。近年来，随着我国工业现代化水平的快速提升，装备制造业的规模和水平也迅速提高，目前中国已发展成为全球最大的数控机床市场。数控行业对人才数量的需求迅速增加，对人才水平的要求也迅速提高，行业高水平与综合型技能人才的供需矛盾日益突出。为进一步促进我国职业教育的发展，提高我国职业院校数控维修专业领域职业教育水平，推进技能型紧缺人才培养，满足装备制造业的人才需求，教育部与北京发那科机电有限公司合作，选择国家重点建设的职业院校，设立“FANUC数控系统应用中心”，支持合作院校培养综合技能型数控装调维修应用人才，促进院校职业教育与企业数控技术应用人才需求紧密结合，更好地服务于制造业。
2.行业背景。本次教育部与北京发那科合作，计划从2011年1月至2015年12月，选定列入国家建设项目的、具有区域代表性的职业院校，合作设立30个“FANUC数控系统应用中心”。北京发那科将捐赠价值总计1815万元的设备等用于支持合作项目，协助合作院校建立FANUC数控系统应用中心；与合作院校联合开发FANUC数控技术应用教材和培训资料；免费为合作院校培养师资，为合作院校的数控类专业建设提供支持；与合作院校联合开展面向数控系统应用技术的数控专业学生培养、师资培训、企业员工培训、企业技术服务等业务，为学校所在地区的制造业人才培养服务，同时服务当地FANUC用户。北京发那科在专业教学改革、师资培养、教学资源建设等方面给予支持和配合。
在教育部支持下，双方将以FANUC数控系统应用中心为合作平台，进一步开展各类形式的校企合作，共同探索职业教育新模式和人才培养新机制，为我国数控专业领域的技能人才培养做出更大贡献。
二、FANUC数控系统应用中心建设方案
1.FANUC数控系统应用中心定位主要是面向数控系统的安装、调试及维修维护应用技术，开展机电大类专业学生培养、师资培训，以及面向企业培训和技术服务的一体化的综合学科平台。其中，教学包括课程建设、学生培养；师资培训是培养本校教师的专业能力，对相关职业院校教师的数控专业培训；企业培训包括承担当地机床厂，机床用户的培训；企业服务包括机床电气设计、维修维护等服务。
中心设备配备包含CNC电气安装调试实验台以及数控机床综合调试模块，可以满足以下几项教学及培训功能。①以FANUC数控系统为核心的机床电气安装及调试。其中包含：CNC系统硬件连接；机床PMC控制电气连接；CNC系统参数设定与调整；PMC编程；CNC操作与编程。②以机床机械光机为核心的数控机床机械安装与调整。其中包含：数控机床机械结构的认识；机械元件的结构；机床机械的安装及基本的精度测量方法和调整方法。③数控机床的电气，机械综合连接及调整；数控机床基本运行调整及优化；数控机床基本精度测量及调整。④数控机床零件加工操作及编程。⑤数控机床常见故障设置、分析及解决，通过实验设备，设置数控机床常见的故障，培养学生对于机床故障的分析思维方法，使其能够具备基本的故障分析及解决能力。
2.硬件配置的电气方面配备当前国内广泛使用的FANUC?摇0I-D系列CNC，包含：0I-MD，0I-MATE?摇MD，0I-TD，0I-MATE?摇TD四种产品，共配置20套左右。将FANUC系统做成相应的实验台，以满足电气安装及调试教学与实训。机械配置方面选择小型车床、铣床或加工中心的机械光机，去掉防护等配件，保留各轴核心的传动机构及工作台，使机械结构便于拆装和调整。将伺服电机安装在机械上，便于与电气实验台连接，以实现综合调整。故障设置模块是通过计算机软件以及硬件辅助模块的配合，设置数控机床工作现场中常见的故障，用于机床维修方面的培训。数控机床综合调试模块是以企业常用的车床或加工中心为对象，并对其结构进行适当改造，使其便于教学和培训，但保留真实的机床结构，使学生掌握数控机床的结构，以及工厂中数控机床的综合调试及维修维护方法。
三、FANUC数控系统应用中心建设的主要内容
1.实验室建设：陕西工业职业技术学院FANUC数控系统应用中心于2011年12月由陕西工业职业技术学院和北京发那科机电有限公司、陕西法士特汽车传动集团有限公司共同建设。本中心得到了FANUC公司大力支持援助，旨在加强校企合作，推广应用可靠性高、性能好的FANUC数控系统，提高学校教学设备档次，提高教学水平，积累相关教学经验。该中心目前拥有系列化FANUC数控系统培训设备。其中：FANUC?摇0i-MD数控系统电气实验培训装置2套，FANUC 0i-TD数控系统电气实验培训装置1套，FANUC 0i Mate-TD数控系统电气实验培训装置12套，FANUC 0i Mate-MD数控系统电气实验培训装置4套，以及与之配套的教学考核系统18套，机械十字滑台8套，半实物数控车床4台，半实物数控铣床4台和伺服调整装置5台等。中心设有多媒体专用培训教室，可以满足不同层次、不同需求的学员学习需要。
中心可以进行的实验实训项目有：FANUC数控系统系列产品综合介绍、数控系统机床操作、数控系统加工编程、数控系统硬件连接设计、参数设置调试、PMC编程开发、常见故障维修分析等。中心可以培训的对象是：数控维修、数控技术、机电一体化、机械制造、模具加工、电气自动化等专业学生；从事机床编程操作加工、数控系统电气设计与维护、数控机床生产、电气改造等企业技术人员以及在大专院校、技校、高职等学校从事数控技术教学的人员。中心可以承接的对外技术服务有：FANUC数控系统技术咨询；数控机床电气设计、PMC编程开发、电气调试：零件加工编程；机床改造、数控机床故障诊断与维护等。
2.教学研究：主要是分析和研究当前高职机电一体化类专业数控系统装调与维修教学的方法，提出关于提高学生数控系统装调与维修技能的建议以及专业技能提高的具体意见，形成较为系统、完整的结论和观点；提出关于高职机电一体化类专业数控系统装调与维修技能提高及实验实训建设的基本思路，明确高职机电一体化类数控系统装调与维修教学的基本要求，为数控系统装调与维修教学建设工作提供借鉴和帮助。
3.师资培训：在进行学生教学的同时，中心需要承担对院内外相关专业教师的培训，我们的培训得到了各院校同行的认可与好评；对企业员工的培训也得到了认可，社会反响良好。
4.教材建设：研究建立高职机电类专业的FANUC数控系统装调维修教学体系，形成一整套电子教材、课程电子教案、指导性的教学文件（教学大纲、授课计划），配备了实训指导书，为教师备课、学生学习提供了很大的帮助。
四、FANUC数控系统应用中心建设的体会
1.探索职业教育新模式，人才培养新机制。北京发那科机电有限公司是北京机床研究所与日本FANUC公司在中国合资的子公司，是世界主流的数控系统制造商，是北京市高新技术企业。公司主要承担FANUC CNC产品在中国市场的业务。长期致力于帮助中国用户选好用好FANUC系统。通过“应用中心”的建立，我院相关专业的教师将获得发那科机电有限公司的技术培训与技术支持，形成一个专业团队，共同开发教材和培训资料，共同带领学生为企业服务，形成一个“企业带着学校走”的新模式，进而达到“教师带着学生服务企业”的目的。
2.紧跟数控领域新技术，使学生不断掌握新技能。发那科机电有限公司的产品更新换代时，公司将尽快地对“应用中心”团队的教师进行培训，使其掌握新的技术，并进而带领学生掌握这些新技能，以期更好地为企业服务。
3.加强横向联系，学习先进经验。“FANUC应用中心”建设团队中的学校大多是沿海经济发达地区的学校，而且大多是国家示范院校。他们在许多方面值得我们学习。在“应用中心”这个团队中，通过教材建设、年会交流等多种形式，我们可以加强与这些兄弟院校的交流，学习其先进的教学理念和教学方法，从而提高我院机电大类的人才培养质量。
五、FANUC数控系统应用中心建设后的应用
1.中心建成后，我院与多家企业合办了全国性的“中职教师数控装调维修培训班”，取得了较好的效果，后续培训仍在进行中。
2.完成了我院承办的国家级培训项目——高职教师“数控设备装调维修专业”为期一年的教学培训工作。
3.在应用中心的平台上，主持了教育部数控设备应用与维护专业教学资源库建设项目子项目——《数控设备改造》课程的建设工作。
4.完成了我院2010级机电一体化专业、数控维修专业300余名学生的“数控设备装调维修”课程理实一体化教学工作。
5.完成了2012年全国职业院校技能大赛陕西选拔赛“数控设备装调维修”项目的学生训练工作，学生在大赛中取得较好的成绩。
FANUC数控系统应用中心是一个技术交流的平台，是一个提高技能的平台，我们要更好地利用这个平台进行学习和研究，不断提高教师的理论和实践技能，培养出更高水平的学生，服务于企业生产，服务于社会。
参考文献：
[1]祝战科.FANUC数控系统应用中心建设方案[R].2011.
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【关键词】FANUC M-FIN报警 故障
一、引言
CNC（Computer Numerical Control，即计算机数控机床数控系统）的辅助功能（M功能）在CNC机床上主要执行的动作包括：机床冷却系统的启停，工件和机床部件的夹紧、松开，主轴的正反转及停止，分度工作台的转位，选刀、换刀，测量系统的执行等。M 代码的使用使得NC程序可以通过简单的M代码指令CNC机床动作，简化了外部的功能开关等，自动化程度高度集中。而CNC系统对NC程序中的M代码无法像G代码一样直接处理，这些M代码的执行过程是在PMC（PMC程序即是可编程机床逻辑控制程序）程序中先译码后执行，因此，需要对M代码的译码和执行进行分析， 从而根据M代码的编译原理，可在PMC程序中，创造适合CNC机NC（NC 程序即数控加工程序）程序使用的M代码。M-FIN信号未完成是数控机床M代码执行过程中的常见故障之一，一般发生在执行了M代码后，没有 完成辅助动作或完成了辅助动作但没有得到确认，因而产生了M-FIN报警 ，M-FIN中FIN的意思是“完成”。
二、工作原理及故障原因
M代码的执行过程可以借助M代码时序图来说明，如图1所示：
图1 M代码执行时序图
数控系统读到程序中的M代码时，就输出M代码的信息F10～F13。通过系统度M代码的延时时间TMF（由系统参数设定，标准设定时间为16ms）后，系统输出M代码选通信号MF（F7.0）。当系统PMC接收到M代码选通信号后，执行PMC译码指令DECB，把系统的M代码信息译成某中间继电器为1的信号方式，通过是否加入分配结束信号DEN（F1.3）实现移动指令和M代码是否同时执行。M功能执行结束后，把辅助功能结束信号FIN以G4.3指令方式送到CNC系统中。当系统接收到PMC发出的辅助功能结束信号FIN后，经过辅助功能结束延长时间TFIN（由系统参数设定，标准设定时间为16ms），切断系统M代码选通信号MF。当系统M代码选通信号MF断开后，切断系统辅助功能结束信号FIN，然后系统切断M代码输出信息信号，系统准备读取下一条M指令信息。
了解了上述工作过程，就不难发现出现此类M-FIN报警的原因是，M指令输出后，没有得到最终的确认信号。一般是通过到位开关（大多数使用接近开关），将X信号送到PMC的 。X信号是从外部设备（开关等）输入到PMC，而Y信号是从PMC输出到外部设备的，F和G信号是PMC与CNC之间的输入和输出，FANUC 0i系列M代码指令是通过F10～F13四个字节从CNC送到PMC的，而最终完成M-FIN又是通过G5.0从PMC送到CNC的。
三、实例分析
某加工中心，执行M10转台卡紧指令，但显示器上M10程序段不能完成，几十秒后出现PMC报警 M-FIN未完成。
转台卡紧工作示意图如图2所示：
图2 转台卡紧工作过程
输入M10转台卡紧指令后，经过PMC译码，输出Y信号，此例为Y10.0=1控制的二位四通电磁换向阀换向， 使液压缸动作，液压缸带动转台下移卡紧工作转台，卡紧到位后接近开关感应脉冲，输入信号X10.0=1，PMC接收到输入信号后PMC处理M-FIN信号，M代码功能完成。
故障诊断时，检查G5.0 M-FIN信号是否触发。通过梯形图观察，确认G5.0没有触发，并通过梯形图找出原因出在X10.0没有信号，通过进一步检查，确认Y10.0有输出，电磁阀也吸合，转台机械动作也到位。使用金属物体感应接近开关X10.0后PMC有反映，说明接近开关本身良好，最后调整接近开关与挡铁距离，感应到信号，问题解决。最终原因是接近开关位置偏离，通过调整解决M-FIN报警问题。
四、结束语
M代码是数控机床控制的重要辅助代码，其执行有着严格的流程，涉及外部电气原件，PMC及CNC，任何一个环节出现问题，都可能出现M代码M-FIN未完成报警。出现此类故障时，应该在充分理解M代码控制流程的机床上，依次查找故障点，PMC信号状态观察和诊断功能是排除此类故障的重要手段，往往能迅速锁定故障点。
参考文献：
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【关键词】梯形螺纹 直进法 斜进法 左右切削法
梯形螺纹是应用广泛的传动螺纹，其牙型角为等腰梯形牙型角为30°，内外螺纹以锥面贴紧不易松动。与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好。在普通车床上车削梯形螺纹劳动强度大，并且废品率比较高，在数控车床上车削梯形螺纹大大减小了劳动强度、提高生产效率和产品质量。
在车削梯形螺纹时，车削刀具选用高速钢材质进行低速车削，低速车削梯形螺纹通常采用（图1）三种进刀方式进行车削加工，分别是：直进法、斜进法、左右切削法，下面我们分别探究以下几种进刀方式：
如Tr36×6梯形螺纹长度40mm为例介绍如何在FANUC Oi mate-TB中进行车削加工。
一、直进法车削梯形螺纹
直进法采用X轴直接进给方法在FANUC系统中只能采用G92指令进行车削加工。采用G92单一固定螺纹车削循环指令粗加工梯形螺纹程序如下，并留精加工余量。
O0001；
N1 M03 S80；
N2 T0303； （30°梯形螺纹车刀）
N3 G00 X40 Z20；
……
N20 X29；
N21 G00X100 Z300；
N22 M05 M30；
如图1直进法所示，梯形螺纹车刀沿X轴方向直接进给至螺纹小径。采用此方法进行车削螺纹车刀三个切削刃都需要受力，前几刀切削总深度较浅时问题不大，随着切削总深度逐渐变大切削力和切削热也逐渐增加，排屑困难刀尖磨损严重，容易产生“扎刀”现象。应随着进刀总深度的增加相应减少进刀量以免发生“扎刀”，这种进刀方法虽然可以加工出比较正确的螺纹齿形，但是螺纹两侧容易产生毛刺，表面粗糙度也比较差，影响工件的整体质量。
二、斜进法车削梯形螺纹
在FANUC系统中G76螺纹车削复合循环指令就是以沿牙型角方向间接进给至螺纹小径。采用G76螺纹车削符合循环指令粗加工梯形螺纹程序如下，并留精加工余量。
O0002；
N1 M3 S80；
N2 T0202； （30°梯形螺纹车刀）
N3 G00 X40 Z20
N4 G76 P010030 Q80 R0.05；
N5 G76 X29 Z-46 P3500 F6；
N6 G00 X100 Z300；
N7 M05 M30；
采用斜进法车削梯形螺纹时，车刀沿着牙形一侧平行的方向进刀，直至螺纹底径。这种方法车削梯形螺纹刀具只有右端一侧切削刃参与切削，从而排屑比较顺利。刀尖承受切削力和切削热情况较直接进刀法得到改善，车削过程中不容易产生“扎刀”现象。
三、左右切削法车削梯形螺纹
该方法加工梯形螺纹时，螺纹车刀沿牙形角方向交错间接进给至螺纹小径从而完成梯形螺纹的车削加工，该方法在编程时只能采用M98调用子程序和G32螺纹车削指令相结合来实现左、右进刀进行车削加工，粗加工梯形螺纹程序如下，并留精加工余量。
O0003；（主程序部分）
N1 M03 S80；
N2 T0101； （30°梯形螺纹车刀）
N3 G00 X40 Z20；
N4 M98 P10002；
N5 G00 X100 Z300；
N6 M05 M30；
O0002；（子程序部分）
N1 G00 U-20.4；
N2 G32 U0 Z-46 F6；
N3 G00 U20.4；
……
N10 G32 U0 Z-46 F6；
N11 G00 U20.3
N12 M99
采用此方法进行梯形螺纹车削加工时，由于是车刀两个主切削刃进行单面切削，该方法进行加工克服了直接进刀法的缺陷，是刀具一边受力，工作平稳，不易产生“扎刀”现象。它将梯形螺纹车削进到过程规律化，在实际加工中需要根据加工经验一边控制进给量，一边观察车削时的排屑情况，当排出的铁屑很薄时就可以进行精加工和光整加工，控制梯形螺纹的尺寸精度和表面粗糙度。
车削梯形螺纹时几点注意事项：车削梯形螺纹过程中要按照安全操作规程要求进行车削加工；车削梯形螺纹时要打开切削液并根据实际情况是否加活顶尖；车削梯形螺纹时要尽量选择较小的切削用量，减少加工时发生工件变形；车削较大螺距的梯形螺纹时要参考机床的最大进给速度，否则发生失步现象；梯形螺纹车削粗车刀具和精车刀具宽度相差不能太大，以免换刀后切削余量过大发生“崩刀”现象。
参考文献：
[1]李晓敏.浅谈数控车加工梯形螺纹.城市建设理论研究（电子版），2012，（29）.
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关键词：数控机床；手轮进给；机床故障；排故思路
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2012）12-0053-03
Handwheel feeding failure troubleshooting ideas of CNC machinery
LI Hong， YUE Qiang， KANG Yong-liang
（Shenyang Aeronautical Vocational Technical College， Shenyang 110043， China）
Abstract： In the course of CNC machinery working， to meet the requirements of adjustment and slow speed on the knife， a handwheel （i.e.， manual pulse generator） is adopted to control the movement of servo axis for CNC machinery. There are more failures occuring in the handwheel of CNC machine tool， and thus it sets higher demands for the repair level of maintenance personnel. Taking CK0625 CNC lathe equipped with FANUC 0i-mate-TD numerical control system as an example， the paper introduces CNC machine tools handwheel fault diagnosis and analysis methods.
Keywords： CNC machine tool； handwheel feeding； machinery fault； troubleshooting ideas
0 引 言
在数控机床的加工过程中，由于调整及慢速对刀的需要，通常需要频繁地使用手轮（即手摇脉冲发生器）来控制数控机床伺服轴的运动，因此，在数控机床的诸多故障中，手轮出现故障的次数较多，同时对该故障维修人员的维修水平要求也相对要高。本文以配备有FANUC 0i-mate-TD数控系统的CK0625数控车床为例，系统地介绍了数控机床手轮故障的诊断与分析方法。
1 数控机床的参数、接口及PLC
1.1 数控机床的参数
数控机床的参数在数控机床工作中占有重要地位，而且起着至关重要的作用。它完成数控系统与机床结构和机床各种功能的匹配，决定着数控机床的各种功能。这些参数在数控系统中按一定的功能组进行分类，例如伺服轴配置参数、速度参数、主轴参数、有关手轮进给的参数、显示设置参数以及数据传输参数等等。
1.2 数控机床的PLC
PLC程序是用来控制数控机床的顺序动作。数控机床的PLC程序主要完成以下功能：
（1） 编译功能：编译接口信号，控制机床的动作；
（2） 机床外部输入输出信号的控制；
（3） 伺服控制；
（4） 其他设备的控制。
需要说明的是，FANUC公司将应用于数控机床上的PLC称为PMC。
1.3 数控机床的接口及接口信号
数控机床的接口是连接CNC、PLC以及机床的节点，节点是信息传递和控制的通道。这里所指的信息就是信号，由于是通过接口传递的信号，因此称之为接口信号（即I/O信号）。图1中带有箭头的线表示的就是接口信号的示意图。
从图1中可以看出，FANUC系统中在CNC、PLC及机床之间传输的接口信号共有四种类型，分别用X、Y、F和G表示。每种类型信号的具体说明详见表1所列。
图1 CNC、PLC以及机床之间的关系示意图
表1 地址号中的字母对应的信号类字母
由于接口信号数量繁多，因此必须用地址加以区分。地址由地址号（即字节号）和位号（0～7）组成，接口信号地址的格式如图2所示。
图2 FANUC 0i-（mate-）D数控系统的接口信号地址格式
2 数控机床的手轮
2.1 数控机床的运动分类
数控机床的运动共分为三大类，分别为伺服运动、主轴运动及辅助运动。其中，只有伺服轴的运动是在数控系统的直接控制下完成的，而其它两类运动则由PLC直接控制。
通过操作数控机床操作面板上的“轴选择及轴方向选择”按钮，可使用CNC来控制伺服轴的运动；除此之外，也可以用机床操作面板上的手轮来使CNC控制伺服轴的运动。
2.2 手轮的作用
使用手轮（即手摇脉冲发生器或手动脉波发生器）可实现数控机床伺服轴的运动。旋转手摇脉冲发生器时，可以使机床的伺服轴进行微量移动，因此，其主要用于数控机床伺服轴的微动调整（如对刀等）。
2.3 手作步骤
当使用手轮对伺服轴进行运动控制时，可以按照如下的步骤进行操作：
（1） 将机床操作面板上的“方式开关”选到“手轮”方式；
（2） 用机床操作面板上的“轴选择开关”选中某个要移动的伺服轴；
（3） 用机床操作面板上的“手轮进给倍率选择开关”选中轴移动的速度；
（4） 旋转手轮，被选中的伺服轴将沿与手轮旋转方向对应的方向及速度移动。
2.4 手轮的工作原理
旋转手轮时，手轮会产生脉冲信号，并将其通过特殊的通道输入到数控系统，数控系统将根据脉冲信号的当量来控制伺服轴移动对应的距离。
所谓的脉冲当量，就是一个脉冲信号能使伺服轴移动的距离。手轮上一周共有100个等分刻度，每旋转一个刻度（一格），手轮就会产生一个脉冲信号，而一个脉冲当量与机床操作面板上的“手轮进给倍率选择开关”选中的倍率相对应。
一般情况下，“手轮进给倍率选择开关”共有四个倍率档位，即有四种脉冲当量可供选择，它们是“最小输入增量×1”、“最小输入增量×10”、“最小输入增量×M”及“最小输入增量×N”。例如，若最小输入增量为0.001 mm，当选择“最小输入增量×1”倍率档位时，手轮的脉冲当量为0.001 mm，即手轮每转动一个刻度，数控系统将控制选定的伺服轴运行0.001 mm的距离；当选择“最小输入增量×10”档位时，手轮的脉冲当量为0.01 mm，即手轮每转动一个刻度，数控系统将控制选定的伺服轴运行0.01 mm的距离，依此类推，若此时旋转手轮一圈，机床伺服轴将移动相当于100个刻度（即1 mm）所对应的距离。
3 影响手轮正常工作的因素
原则上，影响手轮正常工作的因素应分为软件和硬件两个方面。
3.1 硬件方面
影响手轮正常工作的硬件因素主要包括手轮装置的硬件连接以及手轮控制信号的连接是否正确。本文以配备有FANUC 0i-mate-TD数控系统的CK0625数控车床为例进行论述。
3.1.1 手轮装置的硬件连接
在CK0625数控车床上，手轮装置是通过机床PMC的I/O接口与数控系统之间进行连接的，图3所示为手轮的硬件连线图。其中，HA和HB分别是手轮产生的相位差为90°的脉冲信号。信号的数量与数控系统控制伺服运行的距离相对应；HA和HB信号相位的超前或落后，则与数控系统控制伺服轴运行的方向对应。0 V和+5 V是手轮的工作电源，来自于数控系统侧，若该5 V电源丢失，那么，即使手轮旋转，也不会发出HA和HB的脉冲信号。
可以通过接口信号状态显示页面某个接口信号地址的状态组合的变化，以监控手轮是否向数控系统发送HA和HB的脉冲信号。在文中提到的CK0625数控车床中，这个监控手轮信号状态的接口地址为X20。那么，当手轮旋转并正常向数控系统输入HA和HB的脉冲信号时，地址X20的所有八位信号的状态都会发生“0”和“1”的变化。
手轮背面的HA1﹑HB1﹑+5V﹑0V四个信号线与系统I/O 接口侧插头JA3中的1﹑2﹑9﹑12端子相连接。
图3 手轮的硬件连线图
3.1.2 手轮控制信号的功能连接
硬件方面的另一类因素主要指手轮控制信号的功能连接是否正确。本文在 “手作步骤”一节中提到了数控机床的操作面板上与手轮工作有关的几个开关，它们将产生手轮工作时所需要的控制信号，并通过信号线输入PLC的接口中。这些信号的接口地址及功能组合如下：
（1） 轴选择信号。在文中提到的数控车床上，其机床操作面板上的“轴选择开关”（SA4）所产生信号的接口地址为X11.6和X11.7。当X轴被选中时，接口信号的状态分别为：X11.6为“1”﹑X11.7为“0”；而如果Z轴被选中，则接口信号的状态分别为：X11.6为“0”﹑X11.7为“1”。轴选择开关的连接如图4所示。
图4 轴选择开关接线图
（2） 手轮倍率开关信号。本文提到的数控车床上，其手轮倍率旋钮只有“×1”﹑“×10”﹑“×M”三个倍率档。该旋钮（SA3）接口信号的地址为X12.0和X12.1。信号状态与所选档位的关系如表2所列。手轮倍率旋钮接线图如图5所示。
表2 手轮倍率旋钮信号与倍率档位的对应关系
注：M由参数No7113设定。
图5 手轮倍率旋钮接线图
3.2 软件方面
软件方面主要指与手轮工作有关的参数设置是否正确。
在FANUC 0i-（mate）-D系列数控系统中，与手轮工作有关的主要参数有8131#0及7113#两个参数。其中，8131#0用于定义是否使用手轮。当其被设置成0时，表示机床不使用手轮；设置成1时，表示机床使用手轮（需要注意的是：设定此参数后，继续操作前应关断电源，再开机）；而7113#则是用来定义手轮进给倍率旋钮的档位为“最小输入增量×M”时的M值。
4 手轮进给故障分析思路
当使用手轮无法控制数控机床伺服轴的运动时，维修人员可以根据上述对手轮工作条件的描述，来确定该故障的分析思路。
首先可以确认是否在所有倍率下，所有轴都不动。若是，再依次确认：
（1） 确认数控系统的工作方式是否为“手轮工作方式”。若正确，则进行下一步检查。
（2） 检查与手轮进给有关的参数8131#0是否为“1”。若正确，则进行下一步检查。
（3） 在接口信号状态诊断页面检查手轮的“轴选择开关”（SA4）接口信号状态是否正确。若不正确，可按照图4所示的连接图进行硬件连接的检查。若正确，则进行下一步检查。
（4） 在接口信号状态诊断页面观察：当旋转手轮时，表示手轮正常工作的接口信号X20的状态是否都有变化。若地址X20的所有信号的状态都不变化或有个别位的状态没有变化，请按照图3所示的手轮硬件连线图检查手轮的硬件连接情况。
其次，若只是在“×M”倍率档所有轴不动，那么就要检查与手轮进给有关的参数7113#是否为设置。按照倍率的变化规律，该参数建议设置为“100” 。
若只是个别轴无法用手轮移动，则在接口信号状态诊断页面检查手轮的“轴选择开关”（SA4）接口信号状态是否正确。若不正确，请按照图4所示的连接图再进行硬件连接的检查。
5 结 语
本文通过对数控机床的参数、接口及PLC及其关系进行介绍，从硬件和软件方面分析了影响手轮正常工作的主要因素，最后给出了在使用手轮无法控制数控机床伺服轴的运动时，维修人员根据本文对手轮工作条件的描述，来确定手轮无法控制数控机床伺服轴运动故障的分析思路。
参 考 文 献
[1] 王侃夫.数控机床控制技术与系统[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2] FANUC公司.FANUC 0i-（mate-）D参数手册[EB/OL]. [2012-07-27]. .
[3] 南京日上自动化设备有限公司.CK0625数控车床电气图纸[R].2010.
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关键词：FANUC 0i D；步距规；反向间隙补偿
1 概述
数控机床的主要精度指标要求包括几何精度，位置精度和加工精度。其中位置精度主要包括定位精度和重复定位精度等，它的大小直接影响数控机床的加工精度。而数控机床位置精度误差产生的主要原因是滚珠丝杠等机械结构存在反向间隙。FANUC 0i-D数控系统可以通过参数补偿反向间隙，从而提高数控机床的定位精度和重复定位精度。
目前我国检测数控机床轴线反向间隙经常采用的标准有两个：国际标准ISO230-2：1997或国家标准GB17421.2-2000。经常采用的测量仪器有激光干涉仪和步距规。有些用户认为步距规太老旧了，激光干涉仪的精度更高，其实这是很大的误解。举例来说，直到今天，世界上最高档的数控装备当属高档三坐标测量机，如南京齿轮厂在2011年购买的一台德国莱兹公司生产的规格为3m的三坐标测量机，德国人就是用规格1m的步距规分段进行现场检验和校准的。[1]文章介绍利用步距规进行数控机床反向间隙测量的步骤和方法。
2 反向间隙的测量步骤
采用步距规和激光干涉仪检测反向间隙的步骤基本一致，即在所检测的轴线行程中记录三个以上基准位置的读数，每个位置多次测量取平均数，并将各个位置处的平均数的最大值作为反向间隙测量值。具体测量步骤如下：（1）清零1851，1852号参数后重启数控系统。（2）数控机床回参考点。（3）将步距规放置到工作台上找正。以测量X轴反向间隙为例，找正的目的就是使步距规轴线与X轴轴线平行。放置步距规之前要将步距规和工作台擦拭干净后再放置，另外杠杆百分表表杆不宜伸出过长。（4）编制数控程序按照图1标准检验循环路径移动。
图1 是GB17421.2-2000给出的标注检验循环路径。图中的步距规有8个基准位置，一共进行了五组数据的测试，每组数据包括正反两个方向的数据采集，也就是说在每一个基准位置有正反两个方向需要记录数据，共五组数据。按照国家标准GB17421.2-2000对数据处理即可得到该直线轴的反向间隙数据。
操作中要注意区分运动起始位置和基准位置。基准位置应为待检测轴线移动一定距离后的位置，即从运动起始位置开始运动一定距离后才接触基准位置，不能将起始位置作为基准位置进行测量，否则会造成较大的测量误差。FANUC 0i D数控系统区分切削进给G01与快速进给G00时的反向间隙补偿，在编制数控程序时需要分别使用G01和G00指令编制两个检测程序。
3 FANUC 0i-D数控机床反向间隙参数补偿
根据实验可知，反向间隙的测量值随着切削运动速度的不同有所变化。一般情况下，采用G01的测量值比G00的测量值大。FANUC 0i D数控系统可以针对G01，G00分别进行反向间隙补偿。
FANUC 0i-D的1800号参数的第四位#4 RBK：是否进行切削/快速移动反向间隙补偿[3]。该位需要设置为1来表示区分切削/快速进给反向间隙补偿。
1851号参数：反向间隙补偿量[3]，单位为μm，输入数据时要注意单位转换，并且需要注意轴号与所检测的轴对应。另外，一般数控机床厂家会对1851等重要系统参数加密，为了能对这类参数编辑，操作人员需要获得相应权限使这些参数处于可编辑的状态。
1852号参数：每个轴的快速移动时的反向间隙补偿量[3]。
数控机床Y轴的反向间隙补偿可参照上面X轴反向间隙补偿步骤进行。Z轴的反向间隙补偿需要将步距规竖直放置到工作台上进行，具体步骤和X轴检测步骤类似。
4 结束语
激光干涉仪容易受到检测环境温度变化、振动等诸多因素影响，测量数据的一致性不好。对于大多数数控机床用户来说，熟练地使用步距规、建立起完善的机床检测制度是提高生产效率降低生产成本的有效方法。我国高精度步距规已经达到世界级水平，桂林安一量具有限公司已能生产具有世界级水平的高精度步距规[1]。随着使用年限的增加数控机床不可避免会产生磨损，同时反向间隙也会越来越大。定期进行反向间隙检测，使用高精度步距规并选择参数补偿的方式进行反向间隙的补偿，可以在保持数控机床精度的前提下延长数控机床的使用寿命。
参考文献
[1]用步距规检验数控机床定位精度[J].机械工程师，2012（5）：5-6.
[2]GB/T 17421.2-2000，340-350.机床检验通则[S].2000.
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【关键词】数控自动编程软件；后处理；数控系统
后处理（Post）是处理机床及数控系统直接相关的信息，是计算机辅助制造（CAM）基本实现过程的最后一个关键环节，它直接决定了由CAM编程所产生的加工程序能否在数控机床上顺利运行。众所周知目前数控机床所采用的控制系统各不相同，它们能识别的数控指令也不尽相同，如在我国应用十分广泛的日本FANUC系列数控系统、德国西门子公司的SINUMERIK系列数控系统。MasterCAM软件以其简单易学、经济实用的优点深受用户喜爱。该软件配置的是适应单一类型数控系统的通用后处理，每个后处理文件对应一种数控系统模型。在MasterCAM软件的Post文件夹下，有多种后处理文件。为了解决实际数控系统的不同配置和编程人员的不同习惯问题，正确认识、设置、修改后处理文件是行之有效的。
一、后处理的目的
数控机床是根据数控程序来动作的，而数控程序是由一系列的特定数控指令构成。编程人员使用CAM软件对加工零件进行交互式编程，所有工艺信息在编程过程中已设置好，由此生成刀具轨迹文件（NCI文件）。后处理则根据刀具轨迹文件以规定的标准格式转化为数控系统能够识别和执行的数控指令，实质上是一个文本编辑处理的过程。后处理的最终目的就是要生成一个适合于实际数控系统的代码程序。
二、MasterCAM后处理文件的结构
MasterCAM后处理文件的扩展名为PST，称为后处理器。它定义了数控程序的格式、辅助工艺指令、接口功能参数等。其结构主要有以下几部分组成。（1）注释资料：注释是对后处理文件及其设定方法的一般性介绍。程序列前带“＃”符号的为注释，系统在执行代码处理时不受注释的影响。如“＃Post Name：MPFAN”表示后处理器的名称为MPFAN。（2）辅助除错：辅助除错通过插入变量bug1、bug2等帮助除错，后处理程序会显示资料于屏幕上。（3）格式的描述：指定一个数值化的格式给变量使用，在“格式的指定”前必须含有格式的描述。（4）格式的指定：格式制定的命令。以字母“fmt”开头。（5）起始部分：在开始执行后处理程序时指定特定的数值给事先定义的变量或使用者自定义的变量、选择固定循环使用较长或较短的加工代码。（6）问题定义：在执行后处理程序时插入一个问题给后处理程序执行。（7）查表：定义一个查表的表格以便于从列表整数中选取一个号码。（8）字符串列表：字符串以字母“s”开头，主要用于定义NC程序中输出的指令代码。如“sg00 G0 #Rapid”即用字符串sg00来指定快速点定位指令G0，在NC程序中出现G0代码。字符串列表主要包括常规的G代码、M代码、错误信息、刀具半径补偿等。（9）预先定义的单节：单节以字母“p”开头，用预先定义的常规去规划NC程序中大部分共同区域如程序的起始部分、刀具交换等。
如“ptlchg
#Tool change
pcuttype
toolchng = one
if mi1 = one， #Work coordinate system
…”
表示用ptlchg单节指代刀具交换。（10）使用者定义的单节：让使用者可按照数控程序规定的格式将一个或多个NC代码作有组织的排列，编排成一条程序段。（11）系统问题：后处理软件提出了一系列的问题供用户做简易的规划来更改后处理程序。如问题“81. Data rate （110，150，300，600，1200，2400，4800，9600，
14400，19200，38400）? 1200”表示系统提问传输速率是多少？后面括号里的数据是参考值，回答是1200。
四、MasterCAM后处理文件的修改
MasterCAM默认的后处理器为FANUC系统，文件名为MPFAN.PST。SINUMERIK系列系统无对应的后处理器。根据现有的数控系统（FANUC0i-MC、SINUMERIK802D）及平时编程习惯，主要修改以下几个方面。在修改前应该把原来的后处理文件作一备份，防止出错后无法恢复。
（一）FANUC0i-MC系统
（1）忽略程序号码；（2）忽略程序名称；（3）忽略程序日期与时间；（4）忽略公制代码G21；上面（1）～（4）修改时打开MPFAN.PST文件，在＃Start of File and Toolchange Setup部分找到Psof单节把
*progno， e
"(PROGRAM NAME - "， sprogname， ")"， e
"(DATE=DD-MM-YY - "， date， " TIME=HH:MM - "， time， ")"， e
pbld， n， *smetric， e
四句删除或在每句前加上“＃”符号。（5）忽略刀具注释：打开MPFAN.PST文件，在# Tool Comment / Manual Entry Section部分找到ptoolcomment单节，把"("， pstrtool，*tnote，*toffnote，*tlngnote，*tldia，")"，e 一句删除或在句前加上“＃”符号。（6）忽略回参考点指令G28：打开MPFAN.PST文件，在＃Start of File and Toolchange Setup部分找到Psof单节把pfbld，n，sgabsinc，*sg28ref， "Z0." e、pfbld，n， *sg28ref，"X0."， "Y0." e两句删除或在每句前加上“＃”符号。（7）忽略工件零点设置代码G92：打开MPFAN.PST文件，在＃Start of File and Toolchange Setup部分找到Psof单节把pfbld， n， "G92"， *xh，*yh， *zh，e一句删除或在句前加上“＃”符号。（8）忽略换刀时及程序结束时回参考点指令G28：打开MPFAN.PST文件，在＃Start of File and Toolchange Setup部分找到pretract单节把pcan1， pbld，n， sgabsinc，sgcode，*sg28ref，"Z0."，scoolant， strcantext，e、#pbld，n，*sg28ref，"X0."， "Y0."，protretinc，e两句删除或在每句前加上“＃”符号。有些机床换刀时必须有这条指令，则不必修改。（9）关闭第四轴功能：第四轴功能若不关闭会在生成的NC程序中产生默认为“A0”的代码，加工时会产生报警。打开MPFAN.PST文件，找到变量设置# Rotary Axis Settings部分，把rot_on_x
: 1
#Default Rotary Axis Orientation， See ques. 164.
#0 = Off， 1 = About X， 2 = About Y， 3 = About Z
句中冒号后面的数字1改成0即可。也可以找到问题164. Enable Rotary Axis button? y把回答的y改成n即可。（10）主轴最高转速改为8000rpm：由于所使用机床的最高转速为8000rpm，所以把后处理器的主轴最高转速也设置成8000rpm。打开MPFAN.PST文件，找到变量设置# General Output Settings部分，把max_speed: 3000 #Maximum spindle speed句中冒号后面的数字改成8000即可。（11）忽略程序行号：行号会占用较多的内存空间。而且由于产生的NC程序段较多会出现行号重复的现象，会带来一定的麻烦。打开MPFAN.PST文件，找到变量设置# General Output Settings部分，把omitseq: no #Omit sequence numbers? 句中冒号后面的no改成yes即可。（12）钻孔固定循环改为G81、G83等：FANUC系统的钻孔固定循环相对较简单，而SINUMERIK802D系统钻孔固定循环是以调用子程序如钻孔CYCLE83（20，0，1，-5，，）的形式出现，本文仅对FANUC系统进行修改。打开MPFAN.PST文件，找到变量设置# Enable Canned Drill Cycle Switches部分，把usecandrill : no #Use canned cycle for drill句中冒号后面的no改成yes即可。后面几种循环方式也按此方法修改。以上内容修改完后文件另存为MPFAN0i.PST以供MasterCAM调用。
（二）SINUMERIK802D系统
上面的（1）～（11）条作相同修改。
（12）删除原程序起始符“%”，添加程序起始符
“%_N_progname_MPF”
“;$PATH=/_N_MPF_DIR”
在与机床通信时，SINUMERIK系统必须有上面的起始符才能传输。打开MPFAN.PST文件，在＃Start of File and Toolchange Setup部分找到Psof单节先删除“%”，e一句或在句前加“＃”符号。然后在# "(PROGRAM NAME - "， progname， ")"， e一句后加上下面两句就可以了。
"%_N_"， progname，"_MPF"， e
";$PATH=/_N_MPF_DIR"，e
（13）在程序初始化指令中添加G64指令。由于SINUMERIK802D系统默认为G60准确定位方式，在加工曲面时G60方式会出现细微的停顿，影响零件表面质量，而改成G64连续路径运行就能解决这个问题。打开MPFAN.PST文件，在＃Start of File and Toolchange Setup部分找到Psof单节在pbld， n，*sgcode，*sgplane， pwcs， *sgabsinc， e这一句中添加"G64"指令。
（14）忽略长度补偿指令H代码。FANUC系统的长度补偿和半径补偿分别放在地址H和D里面，而SINUMERIK802D系统把长度补偿和半径补偿都放在地址D里面，调用某把刀具后，默认为一号补偿，如T3M6指令换好三号刀后，系统即使省略长度补偿和半径补偿指令D也会默认调用一号补偿即D1。打开MPFAN.PST文件，在＃Start of File and Toolchange Setup部分找到Psof单节，把pbld， n， "G43"，*tlngno， pfzout， scoolant， next_tool， e一句中的"G43"、*tlngno删除。再在ptlchg单节中把pbld， n， "G43"，*tlngno， pfzout， scoolant， next_tool， e一句中的"G43"、*tlngno删除。
（15）圆弧转出形式改成IJK形式。SINUMERIK802D系统圆弧插补格式不识别FANUC系统的G2/G3 X_ Y_R_圆弧插补格式。所以必须改成系统能识别的IJK形式。打开MPFAN.PST文件，找到变量设置# General Output Settings部分找到arcoutput：1 #0 = IJK，1 = R no sign， 2 = R signed neg. over 180一句，把冒号后面的数字1改成0即可。
（16）程序结束符改为M02。根据SINUMERIK802D系统编程说明书，程序结束符为M02而不是M30。打开MPFAN.PST文件，在＃Start of File and Toolchange Setup部分找到peof单节，把n， "M30"， e一句中的M30改成M02即可。以上内容修改完后文件另存为MPSI802D.PST以供MasterCAM调用。
五、后处理验证
修改好的后处理文件必须进行验证，确认准确后方可使用。在MasterCAM环境下编程一零件，其加工步骤为先用Φ16平刀粗铣一圆形外轮廓，然后再用Φ10平刀精铣该轮廓，最后用Φ10麻花钻在零件中心处钻一个孔。生成刀具轨迹后分别采用MPFAN0i.PST和MPSI802D.PST生成NC程序如下图所示。利用机床的通信功能把程序传入控制器，或者利用DNC加工方式，对上面的程序进行加工。验证表明，上述两个程序能够在相应的数控机床上顺利运行。
六、结语
通过对MasterCAM后处理文本的简单修改，使之在实际运用中得到了预期的效果。相信只要不断探索总结，数控自动编程软件是能够更好地为数控加工技术服务的。
参考文献
[1]王卫兵.MasterCAM数控编程实用教程[M].北京: 清华大学出版社，2003．
[2]李传军.机械CAM技术与应用[M].北京: 机械工业出版社，2005.