I/O Link軸在加工中心換刀機構的應用

肖 斌

（江鈴汽車股份有限公司，江西南昌 330001）

0 概述

加工中心從數控銑床發展而來，是由機械設備與數控系統組成適用于加工復雜零件的高效率自動化機床。加工中心具有自動換刀功能，可以通過一次裝夾實現產品的多功能自動加工，具備多種工藝手段，加工精度高，綜合加工能力強等特點，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FANUC-31i系統的I/O Link軸外圍設備控制功能分析的基礎上，提出加工中心實現I/O Link軸控制機械手自動換刀。

1 I/O Link總線構架

東風臥式加工中心采用FANUC 31i-MB系統，采用內置型的PMC作為系統主站，通過I/O Link分配器，將輸入/輸出模塊、機床操作面板I/O單元、刀庫放大器、ATC放大器、刀檢放大器等從站連接起來，所有從站均有I/O接口，遵循FANUC I/O Link網絡通信協議，I/O Link網絡采用總線拓撲結構，各從站依次串聯連接。東風加工中心通過PMC程序控制各個I/O Link軸的運動，其中ATC軸實際使用系統64個輸入點和64個輸出點，其余64個輸入點和輸出點為系統占用，由于采用I/O Link控制該軸，因此不能與系統其他軸進行插補運動。

2 東風臥式加工中心簡介

東風設備制造廠生產的DH500I臥式加工中心主軸為電主軸，配置DM40ATC換刀裝置，通過I/O Link軸控制FANUC βi伺服電機，電機通過皮帶帶動齒輪運動，齒輪帶動凸輪機構旋轉，利用凸輪機構控制機械手的進退、旋轉和刀具松夾，電機編碼器將ATC位置信息反饋過來，送入到PMC程序進行邏輯處理。換刀準備：刀庫將刀具移至換刀區域，通過氣缸將刀具從刀庫推出至換刀位等待位置，主軸移至換刀位置，打開刀庫門，ATC執行換刀動作。ATC動作步驟（圖1）：①ATC在原位；②ATC順時針旋轉90°，ATC卡爪夾緊刀具，主軸松刀；③ATC軸向向前；④ATC順時針旋轉180°；⑤ATC軸向后退到位，主軸夾緊刀具，ATC松開刀具；⑥ATC順時針旋轉90°返回原位。

3 硬件連接（圖2）

圖1 ATC機械手動作過程

圖2 放大器接線

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

4 地址分配

硬件連接完成后，需要對放大器設定通信協議地址。由于通過I/O Link對ATC軸進行控制，故該軸的地址分配應遵循FANUC系統對I/O Link軸地址分配原則，因此，設定輸入X312～X319，輸出 Y312～Y319。

圖3 ATC自動旋轉程序

圖4 ATC手動旋轉程序

圖5 ATC位置反饋處理程序

5 程序設計

在自動循環過程中，電機啟動由PMC程序輸出點Y312.7（ATC-CYCLE START），Y312.7主要取決于軸互鎖信號Y313.3（ATC-*ILX）和動作完成了信號X312.7（ATC-OPC4），條件滿足后 ATC 就自動開始旋轉（圖3）。當需要手動轉動ATC時，需將ATC調整開關打到調整位置，然后再進行手動正反轉（圖4）。通過讀取編碼器的位置信息，然后傳送到D3120與程序設定的位置D3160進行比較，進行機械手角度位置的確認（圖5）。

6 結語

I/O Link軸在此處的應用難點是旋轉角度定位功能的PMC編寫，主要處理4個位置的角度判斷處理，要處理機床運行模式，雖然FANUC 31i-MB系統性能不錯，性價比也高，但是使用I/O Link軸來擴展機床多軸的應用，是一個完美的系統解決方案。