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基於 PLC 的加工中心控製設計

2021-8-2 來源：泰州機電高等職業技術學校作者：程香

摘要: 采用 PLC 技術進行數控機床的換刀、選刀（dāo），提升其（qí）自動識別速度。基於 PLC 技術（shù）的控製係（xì）統穩定性相對較強（qiáng）、操作性較強、可以有效節約能耗。在加工中心基於 PLC 技術實（shí）施自（zì）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（chà）的（de）概率，進一（yī）步縮小誤差。以 PLC 技術為基礎還可（kě）以保證自動換刀係統的安全性，將技術（shù）優勢充（chōng）分發揮出來。

關鍵詞: PLC 技術; 加工中心; 控（kòng）製

采用 PLC 技術進行數控機床的換刀、選（xuǎn）刀，能提升其（qí）自動識別速度，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（kuài），加工中心內部（bù）刀具的自動控製作用也逐漸（jiàn）顯現出來。自動換刀可以提升（shēng）加工效率，有效避免人工換刀造成的問題。自動（dòng）換刀包括刀庫、機械手和控製設備，如果刀庫體積較大，就會對移動速度產生很大（dà）的影響（xiǎng），降低其選擇速度並出現誤差。機械手可以實現高效換刀作業，使刀具能夠進行（háng）快速移動。加（jiā）工中心換刀控（kòng）製可以為多個程序的完成提（tí）速，節約加工時間（jiān）。為了更好地提升加工（gōng）進度，可以通過 PLC 進行自動換刀控製（zhì）係統的（de）設計，滿足加工（gōng）需要。

2、基於 PLC 技術（shù）的控製係（xì）統特點

2. 1 穩定（dìng）性相（xiàng）對較強（qiáng）

基於 PLC 技術的控製係統可以有效抗幹擾。與繼電器控製相比，在儲存形式上，PLC 控製（zhì）具有（yǒu）較好的邏輯性，主要以程序形式進行（háng）儲（chǔ）存，假如程序出現變化，邏輯也會產生（shēng）相應的變化［1］。傳統的繼（jì）電器控製則（zé）借助並聯組合實施控製，使用硬線連接（jiē），連接線較多，會對日後調整產生影響。在控製方式上，繼電器控製采（cǎi）用機械觸點動作實施控製，這種控製效果不佳，還會降低工（gōng）作（zuò）效率。PLC 主要使用指令進行控製，具（jù）有較快的運（yùn）行速度。PLC 控製係統能夠（gòu）有效解決加工中（zhōng）心的控製問（wèn）題，能夠進一（yī）步降低外（wài）界（jiè）幹擾，提升設（shè）備（bèi）實際使用率。目前，PLC 在數控加工中已經獲得了較為廣泛的應用，其（qí）使用效（xiào）果較好（hǎo），在運行過程（chéng）中（zhōng）能夠長（zhǎng）時間防範故障。

2. 2 操作性較（jiào）強

基於（yú） PLC 技術（shù）的控製係統使（shǐ）用步驟較為便捷，能（néng）夠為多台用戶提（tí）供編程，使其能夠應用到較（jiào）為複雜的環境中（zhōng）。相比傳統的繼電器控製係統（tǒng），PLC 控製係統的優勢較為明顯，不（bú）僅能（néng）夠以互聯網為（wéi）出口實現分散控（kòng）製（zhì），還可以（yǐ）簡化操作、集中（zhōng）管理。在加工中心控製過程（chéng）中采用（yòng） PLC 控製係統（tǒng）能夠更換原有的繼電（diàn）控製模式，提（tí）升工作精準性（xìng）和工作效率。PLC 控製（zhì）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地展示編程內容［2］。由於 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（chū）相應警告，使工作人員能夠及時發（fā）現故障問題、降低損失。

2. 3 可以有效節約能耗

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（chéng）式，可以應用到一些複雜（zá）控（kòng）製係統中。PLC 控製係統（tǒng）的（de）應用可進一步避免使（shǐ）用繼電（diàn）器帶來的弊端（duān）、節約空間。繼（jì）電器控製係統已經無法適應目前的發展需要，而 PLC 則是代替的首（shǒu）選控製係統。PLC 體積較小，其內部控製功能較為完善，能夠改善繼電器控製係統中存在的不足，避免出現硬線交錯（cuò）的情況［3］。

3、基（jī）於（yú） PLC 技（jì）術的控製係統加工設（shè）計

3. 1 加工中心（xīn）內部刀具的選擇

加工（gōng）中心內部刀具（jù）的選擇需要從刀庫（kù）內選擇適合的刀具再進行（háng）加工，選（xuǎn）擇（zé）指令屬於自動選刀。自動（dòng）選（xuǎn）刀中包含（hán）按照順序（xù）選擇和隨意選擇兩種模式（shì）。按（àn）照順序選擇刀具主要是按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（guǒ）加工工件產（chǎn）生了更換，需要及時（shí）改變刀具的擺放順序。這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（dāo）具的實際（jì）數（shù）量，就會在（zài）一定程度上（shàng）降低（dī）刀具的實際利用率，但是按照順序選刀在對刀具進行控製的時候（hòu）較為簡便（biàn）。隨意選刀則主要是將刀具進行編碼（mǎ），加工過程中可以按照編碼隨意選擇，在隨意選刀過程中（zhōng）存在幾種選擇方式: 編碼選擇、刀座編碼選擇（zé）、附件編碼選擇、計算機記憶選擇。

3. 2 PLC 控製係統的隨機選刀

計算機記（jì）憶選刀的優勢在於可以（yǐ）借助軟件進行刀具選（xuǎn）擇，從而代替傳（chuán）統人工選刀模式，提升選刀效率和選刀質量。刀庫可以隨（suí）意交換主軸與刀具，實現隨機換刀。主軸需要基於刀具數量設（shè）置相應的換刀模式，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。這種選刀模式可以借助軟件完成選（xuǎn）刀（dāo），能（néng）夠有效避免出現刀具位置錯（cuò）誤的情況，提升了刀具選擇的合理（lǐ）性和可（kě）靠性。設刀庫內刀具 40 把，獲得刀具庫存（cún）表如表 1。

表 1 刀（dāo）具庫存

上圖（tú）中刀具實際數量為 40 把，刀具編碼為 1 －40，在刀具（jù）庫中對應的計算機地址為（wéi） TAB1 － TAB40。這時可以（yǐ）將刀隨意放在（zài）任何一個位（wèi）置，計算機在（zài）進行TAB 值選擇的時候，刀具相對應的（de）在編號也會被正確選擇（zé），刀具被（bèi）虛擬計（jì）算機地址所代替。

計算（suàn）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（jiù）會對刀具進行選擇，並對相應的（de）刀具編號進行檢索。在 PLC 內部計數器（qì）會隨機轉換，在刀具（jù）庫正轉刀位的時候，PLC 計數（shù）器會增加，反之則會減少。數控係統內部會對刀具（jù）編號和刀座號進行掃（sǎo）描，如兩者契（qì）合，刀具庫就會停止，這時就（jiù）可以選（xuǎn）取正確的刀具; 如兩者不契合，刀具庫就會繼續轉動，直至找到契合（hé）的刀座為止。

3. 3 刀（dāo）具選擇控製設計

關於刀（dāo）具數據庫的創建可（kě）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（yǒu）刀座和主軸之間方向不一，數控係統這（zhè）時便可以對計算機地址進行調整，使（shǐ）其能夠和（hé）刀座號（hào）互相對應。

表 2 刀具數據庫

基於 PLC 控製係統進行換（huàn）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（yě）會回歸刀座。設該刀座為 K，將該刀座的編號儲存在（zài）計數（shù）器 KL 內（nèi），數控係統在（zài）進行另一個指令的時候，PLC 就會檢索尋找指令刀編（biān）號。在實際換刀過程中係統會生成一定的指令，如果刀庫順時（shí）針轉動，KL 就會增（zēng）加，反之則減少。KL 和（hé） K 的編號始終處於相互對應的狀態，使刀具具有一（yī）定記憶性。

4、結語

在加工中心基於 PLC 技術實（shí）施自動換刀設計，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 PLC技術為基礎還可以保證自（zì）動換刀係統的安全性，將技術優勢充分發揮出來。

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