根据“千台国产可靠性提升工程”课题要求，为提高机床可靠性，本课题研发团队从避免人工失误而导致机床损坏和错加工角度出发，开发了柔性加工中心单元工件自动识别及自动加工技术功能，从而有效提高了加工效率，避免了人工失误带来的损失，最终达到有效提高机床使用可靠性的目的。

8托盘链式结构概述

如图1所示为链式托盘交换系统结构，托盘上装夹有夹具及工件。在加工过程中，链式托盘交换系统结构与夹具及工件一起流动，类似通常的随行夹具。环形工作台用于工件的输送及中间存储，托盘座在环形导轨上由内侧的环链拖动而回转，每个托盘座上有地址识别码。

图1 托盘交换式FMC（1：环形交换轨道，2：上下料驱动装置，3：托盘座，4：卧式加工中心，5：托盘，6：托盘主驱动装置，7：驱动链轮，8：驱动电动机）

当一个工件加工完毕，数控机床发出信号，由上下料驱动装置将加工完的工件（包括托盘）拖至回转台的空位处，然后由托盘驱动装置将加工完的工件（包括托盘）转至手动上下料区对应工位，再由上下料驱动装置拖至手动上下料区，由操作者进行拆卸，并装上待加工工件。同时，待加工工件（包括托盘）被转至上下料区对应工位，然后被推至上下料区，由上下料驱动装置拖至交换区，再由加工中心的交换装置将待夹具及加工工件移至加工区定位加工。

夹具光目识别结构系统

如图2所示，工作台2安装在机床交换区下支撑结构1上，在工作台2的上方安装有装夹工件4的夹具10。

在夹具10下方底座上，镶嵌有夹具标志块3，在夹具10下方底座的侧边处位于机床交换区下支撑结构1上，安装有激光发射器7。在机床交换区上支撑结构5上，安装有激光接收器6、激光发射器7与激光接收器6的相对设置。

图2 夹具光目识别结构（1：卧式加工中心的机床交换区下支撑结构，2：工作台，3：夹具标志块，4：工件，5：机床交换区上支撑结构，6：上下料激光接收器轨道，7：激光发射器，8：护罩，9：气缸，10：夹具）

在机床交换区下支撑结构1上，安装有与气动装置相接的气缸9，与气缸9相配的活塞杆的外端头连接有护罩8，护罩8与激光发射器7相配，即可罩在激光发射器7的上方。

加工工件时，操作者将工件4装卡完成后，按下手动按钮，使机床数控系统得知装卡完成。系统发出信号，气缸9动作，带动护罩8运动，使激光发射器7露出，气缸9带动护罩8运动到指定位置停止。激光发射器7开始发射激光。夹具标志块3遮挡部分激光，在上方的激光接收器6接收激光。机床数控系统根据激光接收器6接收到激光的实际宽度，判断夹具的具体编号。激光发射器7结束发射激光，然后气缸9动作，带动护罩8回位，罩在激光发射器7上，加工作业时起到保护激光发射器7的作用。

该整体结构简单，动作灵活可靠，可准确识别夹具，保证被加工工件与系统的加工程序一致，提高了机床的工作效率及自动化程度，降低了工件的加工成本。

图3  数据I/O LINK 进行传输，传递指令和反馈信息

8APC夹具识别数控系统

如图3所示，托盘库的启停和定位通过I/O LINK轴来完成，该轴通常对外围机构的固定动作进行控制，以完成某种特定的运动和动作。其控制方法是：通过FANUC系统提供的POWER ATE CNC管理功能对I/O LINK轴进行控制；通过?i系列放大器进行驱动，该放大器通过I/O LINK接口与CNC相连；CNC通过PLC梯形图对该接口进行控制，从而控制伺服电动机。

图4 模拟量输入X80的PLC

夹具的辨别：选用数字型激光传感器，对夹具特定区域进行检测。通过检测区域对传感器光幕的遮挡大小，来改变输出的电流大小。电流信号通过系统的模拟量输入模块，然后输入到CNC系统中，再经过PLC内部功能块进行转换辨别（如图4所示），然后再通过PLC的逻辑顺序，利用系统外部工件号检索功能调用相应的加工程序（如图5所示）。

图5 CNC、PMC和机床之间的接口信号关系（1），以及调用加工程序PLC部分框架程序

结论

本文提出的激光工件识别系统，有效提高了识别的可靠性和稳定性，以及可识别工件的数量。通过工件自动识别和自动加工系统，柔性制造单元的自动化程度得以提到，同时结构系统的可靠性也得以提高。