I/O Link軸在加工中心換刀機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

肖 斌

（江鈴汽車股份有限公司，江西南昌 330001）

0 概述

加工中心從數(shù)控銑床發(fā)展而來(lái)，是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成適用于加工復(fù)雜零件的高效率自動(dòng)化機(jī)床。加工中心具有自動(dòng)換刀功能，可以通過(guò)一次裝夾實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多功能自動(dòng)加工，具備多種工藝手段，加工精度高，綜合加工能力強(qiáng)等特點(diǎn)，按主軸空間位置劃分有臥式加工中心和立式加工中心。下面在對(duì)FANUC-31i系統(tǒng)的I/O Link軸外圍設(shè)備控制功能分析的基礎(chǔ)上，提出加工中心實(shí)現(xiàn)I/O Link軸控制機(jī)械手自動(dòng)換刀。

1 I/O Link總線構(gòu)架

東風(fēng)臥式加工中心采用FANUC 31i-MB系統(tǒng)，采用內(nèi)置型的PMC作為系統(tǒng)主站，通過(guò)I/O Link分配器，將輸入/輸出模塊、機(jī)床操作面板I/O單元、刀庫(kù)放大器、ATC放大器、刀檢放大器等從站連接起來(lái)，所有從站均有I/O接口，遵循FANUC I/O Link網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，I/O Link網(wǎng)絡(luò)采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各從站依次串聯(lián)連接。東風(fēng)加工中心通過(guò)PMC程序控制各個(gè)I/O Link軸的運(yùn)動(dòng)，其中ATC軸實(shí)際使用系統(tǒng)64個(gè)輸入點(diǎn)和64個(gè)輸出點(diǎn)，其余64個(gè)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)為系統(tǒng)占用，由于采用I/O Link控制該軸，因此不能與系統(tǒng)其他軸進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。

2 東風(fēng)臥式加工中心簡(jiǎn)介

東風(fēng)設(shè)備制造廠生產(chǎn)的DH500I臥式加工中心主軸為電主軸，配置DM40ATC換刀裝置，通過(guò)I/O Link軸控制FANUC βi伺服電機(jī)，電機(jī)通過(guò)皮帶帶動(dòng)齒輪運(yùn)動(dòng)，齒輪帶動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，利用凸輪機(jī)構(gòu)控制機(jī)械手的進(jìn)退、旋轉(zhuǎn)和刀具松夾，電機(jī)編碼器將ATC位置信息反饋過(guò)來(lái)，送入到PMC程序進(jìn)行邏輯處理。換刀準(zhǔn)備：刀庫(kù)將刀具移至換刀區(qū)域，通過(guò)氣缸將刀具從刀庫(kù)推出至換刀位等待位置，主軸移至換刀位置，打開(kāi)刀庫(kù)門，ATC執(zhí)行換刀動(dòng)作。ATC動(dòng)作步驟（圖1）：①ATC在原位；②ATC順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，ATC卡爪夾緊刀具，主軸松刀；③ATC軸向向前；④ATC順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°；⑤ATC軸向后退到位，主軸夾緊刀具，ATC松開(kāi)刀具；⑥ATC順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°返回原位。

3 硬件連接（圖2）

圖1 ATC機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程

圖2 放大器接線

L1，L2，L3 為放大器三相電源進(jìn)線；U，V，W 為伺服電機(jī)動(dòng)力電纜；CXA19B接入24 V電源；CX30為急停信號(hào)接口；JA72為軸互鎖信號(hào)；CX29為接觸器控制信號(hào)接口；JD1B和JD1A為串行輸入/輸出信號(hào)接口；JF1-1為伺服電機(jī)反饋電纜接口；CZ6為放電電阻接口，如果加減速頻繁需適當(dāng)增大放電電阻阻值；CXA20為熱保護(hù)；CX5X為放大器電池，起保存數(shù)據(jù)作用。

4 地址分配

硬件連接完成后，需要對(duì)放大器設(shè)定通信協(xié)議地址。由于通過(guò)I/O Link對(duì)ATC軸進(jìn)行控制，故該軸的地址分配應(yīng)遵循FANUC系統(tǒng)對(duì)I/O Link軸地址分配原則，因此，設(shè)定輸入X312～X319，輸出 Y312～Y319。

圖3 ATC自動(dòng)旋轉(zhuǎn)程序

圖4 ATC手動(dòng)旋轉(zhuǎn)程序

圖5 ATC位置反饋處理程序

5 程序設(shè)計(jì)

在自動(dòng)循環(huán)過(guò)程中，電機(jī)啟動(dòng)由PMC程序輸出點(diǎn)Y312.7（ATC-CYCLE START），Y312.7主要取決于軸互鎖信號(hào)Y313.3（ATC-*ILX）和動(dòng)作完成了信號(hào)X312.7（ATC-OPC4），條件滿足后 ATC 就自動(dòng)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)（圖3）。當(dāng)需要手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)ATC時(shí)，需將ATC調(diào)整開(kāi)關(guān)打到調(diào)整位置，然后再進(jìn)行手動(dòng)正反轉(zhuǎn)（圖4）。通過(guò)讀取編碼器的位置信息，然后傳送到D3120與程序設(shè)定的位置D3160進(jìn)行比較，進(jìn)行機(jī)械手角度位置的確認(rèn)（圖5）。

6 結(jié)語(yǔ)

I/O Link軸在此處的應(yīng)用難點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)角度定位功能的PMC編寫，主要處理4個(gè)位置的角度判斷處理，要處理機(jī)床運(yùn)行模式，雖然FANUC 31i-MB系統(tǒng)性能不錯(cuò)，性價(jià)比也高，但是使用I/O Link軸來(lái)擴(kuò)展機(jī)床多軸的應(yīng)用，是一個(gè)完美的系統(tǒng)解決方案。