基于Fanuc的四轴加工中心刀库电气控制

　　加工中心是数控机床中机电一体化高技术产品，同时又是实现先进制造技术不可缺少的工艺设备。它综合了微电子、计算机、自动控制，精密测量、机床制造等方面技术及相关配套的最新成就，是当代机床工业发展方向和先进生产力的标志。

　　加工中心由机床（机械部分）和控制系统（电气部分）2 部分组成，机床是加工中心的主体，控制系统是加工中心的核心。加工中心的主机通常是由三大基础部件组（床身、立柱和工作台）和主轴部件、刀具自动交换系统（Automatic Tool Change，ATC）及其他辅助功能部件组成。本课题主要涉及其中的刀库组件模块的设计。

　　G4 1230 AJ 数控加工中心总体组成包括机床主体、FANUC 0i 数控系统控制(PMC 集成在其内部)、伺服系统、主轴控制系统4 部分。Fanuc 0i 数控系统是高质量、高性能、高集成度的小型化CNC，代表了目前常用CNC的最高水平，使用了高速串行伺服总线（用光缆连接）和串行I/O 数据口，有以太网口。适用于小型加工中心、铣床及小型机床。该机床主要功能及组成如图1 所示。

图1 G4 1230 AJ数控加工中心的组成

　　G4 1230 AJ 四坐标龙门加工中心的总体结构为固定龙门工作台移动式， X 、Y 、Z 、A 共四轴四联动。加工中心配备了自动换刀刀库系统。刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀、换刀需求的一种装置。其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库，改变了传统以人为主的生产方式，即由电脑程序的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、攻丝等。大幅缩短加工时间，降低生产成本，这是刀库系统的最大特点。

　　加工中心刀库采用了链式刀库。链式刀库具有容量较大、占地较少以及在增加存储刀具数目时可增加链条的长度而不增加链轮直径等特点。基于这些优点，链式刀库在加工中心应用非常广泛。

　　基于Fanuc 系统的四轴加工中心的刀库能完成自动换刀。在自动交换刀具时，应保证交换前后刀具都处于正确的位置。刀库换刀机构都应用足够的刚度，可靠性高。换刀时间尽可能短，操作安全，且刀具管理方便。

　　刀库特点如下：

　　（1）刀库的容量为 32 把刀，并具有刀具测量系统。

　　（2）机床配备RENISHAW TS 27 R 刀具测量头，具备刀具长度、直径测量功能，并可检测刀具断裂和破损情况。

　　（3）刀库具有的各种保护功能：

　　· 急停保护。

　　· Y 坐标第2 限位超程保护。机床的换刀点在机床 “Y ”坐标的工作行程外部，所以“Y ”向行程有2 个限位开关保护，1 个是工作行程的限位保护，另一个是换刀限位的保护。机床自动换刀时，首先要将“Y ”向行程限位切换为换刀保护限位，换刀完成时，各个坐标自动回到加工区域中，并且PMC 自动将“Y ”向换刀限位切换为“Y ”向行程限位保护。

　　·各动作互锁保护。机床的刀库安装在机床的横梁侧面，所以在刀库的外围安装了防护门，以防在换刀时有人接近发生危险。防护门打开时机床自动切换到手动方式，并且不能进行换刀操作。机床的各个换刀动作之间都有到位检测开关，动作不到位就不能进行下一步动作。