基於 PLC 的加工中心控製設計
2020-12-29 來源：泰州機（jī）電高等職業技術學校 作者：程（chéng） 香
摘要: 采用 PLC 技術進行數控機床（chuáng）的換刀、選刀，提升其自動識別速度。基於 PLC 技術的控製係統穩定性相對較強、操作性較強、可以有效（xiào）節約能耗（hào）。在加工中心（xīn）基於 PLC 技術（shù）實施自動換刀設計，可以優化加工過程、增強旋轉定（dìng）位精準度（dù），有效降低了加工中心出（chū）現誤差的概率，進一步縮小誤差。以PLC 技術為基礎還（hái）可以保證自動換刀係統的安全性，將（jiāng）技術優勢充分發揮出來。
關鍵詞: PLC 技術; 加工中（zhōng）心; 控製（zhì）
采用 PLC 技（jì）術進行數控機床（chuáng）的換刀、選刀，能（néng）提升其自（zì）動識別速度，同時自動換刀也可以避免加工中心受到外界因素影響，保證實際加工質量。
1、基於 PLC 的換刀控製
製造加工業的發（fā）展速度不斷加快，加工中心內部刀具的自動控製作用也逐（zhú）漸顯現出來。自動（dòng）換刀（dāo）可以提升加工效率，有效（xiào）避免人工換（huàn）刀造成的問（wèn）題。自動（dòng）換刀包括刀庫、機械手和控製設（shè）備（bèi），如果刀庫體積較大，就會對移動速度產生很大的影響，降低其選擇速度並（bìng）出現誤差。機械手可以實現高效換刀作業，使（shǐ）刀（dāo）具能夠進行（háng）快（kuài）速移動。加工中心換刀控製可以為多個程序的完成提速，節約加工時間（jiān）。為了更好地提升加工進度，可以通過 PLC 進（jìn）行自動換刀控製係統的設計，滿足加工需要。
2、基於 PLC 技術（shù）的控製係統特點
2. 1、穩定性相對較強（qiáng）
基於 PLC 技術的（de）控製係統可以有效抗幹擾。與繼電器控（kòng）製相比，在儲存形式上，PLC 控製具有較好的邏（luó）輯性，主要以程序形式進行儲存，假（jiǎ）如程序出現變化，邏輯也會產生（shēng）相應的變化。傳統的繼電器控製則借助並聯組合實施控製，使用硬線連接，連接線較多，會對日後調整產生影響。在控製方式（shì）上，繼電器控製采用機械（xiè）觸點動作實施控製，這種控製效果不佳，還會降低工作效率。PLC 主要使用指令進（jìn）行控製，具有（yǒu）較快的運行速度。PLC 控製係統能（néng）夠有效解（jiě）決（jué）加工中心的控製問題，能夠進一步降低（dī）外界幹擾（rǎo），提升設備實際（jì）使用率。目前，PLC 在數控加工中已經（jīng）獲得了（le）較為廣泛（fàn）的應用，其使用效果較好，在運行過程中能夠長時間防範故障。
2. 2、操作性較強
基於 PLC 技術（shù）的控製係統使（shǐ）用步驟較為便捷，能夠為多台用戶提供編程，使其能夠應用到（dào）較為複雜的環境中。相比傳統的繼電器控製係（xì）統，PLC 控製係統的優勢較為明顯，不僅能夠以互聯網為出口實（shí）現分散控製，還可以簡（jiǎn）化操作、集中管理。在加工中心控製過程中采用 PLC 控製係統（tǒng）能夠更換原有的繼電控製模式，提升（shēng）工作精（jīng）準性和工作效率。PLC 控製係統的編程語言主要以梯形圖為基礎，這種編程圖可以直觀（guān）地展（zhǎn）示編程內容（róng）。由於（yú） PLC 具有一定的故障處理能力，可以在係統內部產生故障時發出相應警告，使工作人員能（néng）夠及時發現故障問題、降低損失。
2. 3、可以（yǐ）有效節約能耗
基於 PLC 技術的控製係統能夠提升能源使用率。PLC 的電路組裝是集成式，可（kě）以應用到（dào）一（yī）些複雜控製（zhì）係（xì）統中。PLC 控製係統的應用可進一步避免使用繼電器（qì）帶來的弊端、節約空間。繼電器控製係統已經無法適應目前的發展（zhǎn）需（xū）要，而 PLC 則是（shì）代替的首（shǒu）選控製係統。PLC 體積較（jiào）小，其內部控製功能較為完善，能夠（gòu）改善繼電器控製係統中存在的不足，避（bì）免出現硬線（xiàn）交錯的情況。
3、基於 PLC 技術的控製係統加工設計
3. 1、加工中心內（nèi）部刀具的選擇
加工中心內部刀具的選擇需要從刀庫內選擇適合的刀具再進行加工，選擇指令屬於自（zì）動選刀。自動選刀中包含按照順序選擇和隨意選（xuǎn）擇兩種模式。按照順序選擇刀具主要是按（àn）照刀具的加工順序依次放入刀庫的刀座內，在擺放過程中刀具順序不可擺錯（cuò），如果加（jiā）工工（gōng）件產生了更換（huàn），需要及時改變刀具的擺放順（shùn）序。這（zhè）種選刀模式的弊端在於相同工件的刀具不可重複使用，如果增加了刀具的實際數量，就會在一定程度上降低刀具的實際利（lì）用率，但是按照順序選刀在對刀具（jù）進行控製的時候較為簡便。隨意選刀則主要是將刀具進行編碼，加工過程中可以按照編碼隨意選擇，在隨意選刀過程中存在幾種選擇方式: 編碼選擇、刀座編碼（mǎ）選擇、附件（jiàn）編碼選（xuǎn）擇、計算機記憶選（xuǎn）擇。
3. 2、PLC 控製係統的隨機選刀
計算機記憶選刀（dāo）的優勢在於可以借助軟件進行刀具選擇，從而代替傳統人工選（xuǎn）刀模式，提升選刀效率和選刀質量。刀庫可以隨意交換主（zhǔ）軸與刀具，實（shí）現隨（suí）機換刀。主軸需要基於刀具數量設置相應的換刀（dāo）模式，將其儲存在 PLC 內部，刀具（jù）的編號和刀庫位置需要保（bǎo）持一致。這種選刀（dāo）模式可以借助軟（ruǎn）件完成選刀，能夠有效避免出現刀具位置錯誤（wù）的情況（kuàng），提升（shēng）了刀具選擇（zé）的合理性和可靠性。
設刀庫內刀（dāo）具 40 把，獲得刀具（jù）庫存表如表 1。
表1：刀具庫存
上圖中刀具實際數（shù）量為 40 把，刀具編碼（mǎ）為 1 －40，在刀具庫中對應的計算機地址為 TAB1 － TAB40。這（zhè）時可（kě）以將刀隨意（yì）放在任（rèn）何一個位置（zhì），計算機在進行（háng）TAB 值選擇的時候，刀具相對應的在編號也會被正確選擇，刀具被虛擬計算機地址所代替。
計算機對刀具的選擇可以通過數控編程借助指令實現。在係統內部接收到指令後，PLC 就會對刀具進行選擇，並對相應的刀具（jù）編號進行（háng）檢索。在 PLC 內部計數器會隨機轉換，在刀具庫正（zhèng）轉刀位（wèi）的（de）時候，PLC 計數器會（huì）增加，反之則會減少（shǎo）。數控係統（tǒng）內部會（huì）對刀具編號和刀座號進行掃描，如兩者契合，刀具（jù）庫就會停止，這時就可以選取正確的刀（dāo）具; 如兩者（zhě）不契合，刀具庫就（jiù）會繼續轉動，直至找到契（qì）合的刀座為止。
3. 3、刀具選擇控製設計
關於刀具數據庫的創建可以通過表 2 進行分析，建立模擬刀庫能夠保證刀具編號和計算機地址 TAB號（hào）相對應。計算機地址內部已經裝設了相應的刀具，這時 TAB1 － 39 代表的是刀座編號。在係統換刀的時候，刀庫會開始轉動，促使原有刀座和主軸之間方向不（bú）一，數控（kòng）係統這時（shí）便可以對計算機地址進行調整，使其能夠和刀座號互相對應（yīng）。
表 2 刀具數據（jù）庫
基於 PLC 控製係統（tǒng）進行換刀時，刀庫會經過旋轉到達待換刀位置，所使用的刀具被放入主軸內，原有主軸內部的刀具也會回歸刀座。設該刀座為 K，將該（gāi）刀座的編號儲存在計數（shù）器 KL 內，數控係（xì）統在進行另一個指令的時候，PLC 就會檢索尋找指令刀（dāo）編號。在實（shí）際換（huàn）刀過程中係統會生成一定的指令，如果刀庫順時（shí）針（zhēn）轉動，KL 就會增加，反之則減少（shǎo）。KL 和 K 的編號始（shǐ）終處於相互對應的狀態，使刀具具有一定記憶性。
4、結語
在（zài）加工中心基於 PLC 技（jì）術實施（shī）自動換刀設計，可以優化加工過程、增強旋轉定位精準度，有效降低了加工中心出現誤差的概率，進一步縮小誤差。通以（yǐ） PLC技術為基礎還可以保證自動換刀係統的安全性，將技術優勢充分發揮出來。
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