基于FANUCβ伺服电动机系列的I/O LINK轴的数控机床第四轴分度头电气设计

　　多面体一次装夹数控加工成形已受到用户的高度重视，但机床性能的增强导致成本随之增长。传统方案是选用具有四轴（或以上）联动功能的高档CNC 系统，虽然其控制功能强大，但价格昂贵。为此又发展到三轴CNC系统加挂标准PMC 轴驱动模块来实现第四轴功能，使成本投入较前者有所降低。本文提供了一种性能可靠、成本投入更加优化，并且在实际生产中得以验证的三轴CNC系统的第四轴电气设计方案———基于FANUC 0i—mate β系列的I / O LINK 轴数控机床第四轴分度头电气设计方法，并阐述I / O LINK 轴特点及其在第四轴分度头电气设计应用中的关键技术问题。

1 第四轴分度头动作分析及设计要求

　　一般情况下数控铣床或加工中心有X、Y、Z 三个基本轴，其他旋转、进给轴为第四轴，后者可以实现刀库定位，回转工作台、分度头的旋转定位，更高级的系统还可以与基本轴进行插补运算，实现四轴、五轴联动。一般多面体加工，如涡轮式空压机壳体的四面孔、槽的加工可以由第四轴分度头功能来完成，一次装夹就可以完成多道工序，其加工精度、效率得以显著的提高，以下以分度头旋转分度控制来说明。一般数控分度头的分度运动是伺服电动机通过联轴器驱动一组蜗轮蜗杆，从而使分度头旋转分度。本文提出的设计要求：分度精度（系统）<0.05º，点位控制、能手动、自动运行程序，可回零。分度头的夹紧是通过一组气压夹紧装置来实现，夹紧动作的发出由一电磁阀控制。

2 数控系统选用

　　本文的方案是选用在中低档数控系统中有良好信誉的FANUC 0i Mate-MB 系统，并增加β 伺服电动机系列的I/O LINK 轴来实现第四轴功能。该系统采用了FSSB 技术，容易增加控制轴数，能够很好地满足设计及加工要求。FANUC I/O LINK 是一个串行接口，将CNC、单元控制器、分布式I/O 机床操作面板或Power Mate 连接起来，并在各设备间高速传送I/O信号。目前，FANUC 提供的I/O LINK 轴可以方便地用于刀库、旋转工作台、分度头以及生产线上的点位控制。本文通过Power Mate CNC 管理功能（PMM）———该功能通过I/O LINK 连接β伺服电动机，电动机的设定和显示可通过CNC 进行———方便地对电动机的运动进行控制，从而实现第四轴功能。

3 系统硬件

　　选用FANUC β系列电动机和β伺服放大器作为此分度头的驱动装置。位置量测量方式为电动机编码器半闭环方式。第四轴连接框图如图1所示。

图1 第四轴连接框图

4 初次开机步骤及I/O LINK轴相关参数设置

　　4.1 初次开机步骤（见图2）

　　4.2 主要相关参数设置

　　β伺服电动机有单独的管理界面（PMM），可以方便地进行参数设置、状态显示。在设置参数前，把急停开关接通，使系统处于紧急状态。在PMM 页面下设置初始参数。