基于PLC的加工中心控制設(shè)計

程 香

(泰州機電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 泰州 225300)

采用PLC技術(shù)進行數(shù)控機床的換刀、選刀，能提升其自動識別速度，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(zhì)量。

1 基于PLC的換刀控制

制造加工業(yè)的發(fā)展速度不斷加快，加工中心內(nèi)部刀具的自動控制作用也逐漸顯現(xiàn)出來。自動換刀可以提升加工效率，有效避免人工換刀造成的問題。自動換刀包括刀庫、機械手和控制設(shè)備，如果刀庫體積較大，就會對移動速度產(chǎn)生很大的影響，降低其選擇速度并出現(xiàn)誤差。機械手可以實現(xiàn)高效換刀作業(yè)，使刀具能夠進行快速移動。加工中心換刀控制可以為多個程序的完成提速，節(jié)約加工時間。為了更好地提升加工進度，可以通過PLC進行自動換刀控制系統(tǒng)的設(shè)計，滿足加工需要。

2 基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)特點

2.1 穩(wěn)定性相對較強

基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)可以有效抗干擾。與繼電器控制相比，在儲存形式上，PLC控制具有較好的邏輯性，主要以程序形式進行儲存，假如程序出現(xiàn)變化，邏輯也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化[1]。傳統(tǒng)的繼電器控制則借助并聯(lián)組合實施控制，使用硬線連接，連接線較多，會對日后調(diào)整產(chǎn)生影響。在控制方式上，繼電器控制采用機械觸點動作實施控制，這種控制效果不佳，還會降低工作效率。PLC主要使用指令進行控制，具有較快的運行速度。PLC控制系統(tǒng)能夠有效解決加工中心的控制問題，能夠進一步降低外界干擾，提升設(shè)備實際使用率。目前，PLC在數(shù)控加工中已經(jīng)獲得了較為廣泛的應(yīng)用，其使用效果較好，在運行過程中能夠長時間防范故障。

2.2 操作性較強

基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)使用步驟較為便捷，能夠為多臺用戶提供編程，使其能夠應(yīng)用到較為復(fù)雜的環(huán)境中。相比傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢較為明顯，不僅能夠以互聯(lián)網(wǎng)為出口實現(xiàn)分散控制，還可以簡化操作、集中管理。在加工中心控制過程中采用PLC控制系統(tǒng)能夠更換原有的繼電控制模式，提升工作精準(zhǔn)性和工作效率。PLC控制系統(tǒng)的編程語言主要以梯形圖為基礎(chǔ)，這種編程圖可以直觀地展示編程內(nèi)容[2]。由于PLC具有一定的故障處理能力，可以在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生故障時發(fā)出相應(yīng)警告，使工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)故障問題、降低損失。

2.3 可以有效節(jié)約能耗

基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)能夠提升能源使用率。PLC的電路組裝是集成式，可以應(yīng)用到一些復(fù)雜控制系統(tǒng)中。PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用可進一步避免使用繼電器帶來的弊端、節(jié)約空間。繼電器控制系統(tǒng)已經(jīng)無法適應(yīng)目前的發(fā)展需要，而PLC則是代替的首選控制系統(tǒng)。PLC體積較小，其內(nèi)部控制功能較為完善，能夠改善繼電器控制系統(tǒng)中存在的不足，避免出現(xiàn)硬線交錯的情況[3]。

3 基于PLC技術(shù)的控制系統(tǒng)加工設(shè)計

3.1 加工中心內(nèi)部刀具的選擇

加工中心內(nèi)部刀具的選擇需要從刀庫內(nèi)選擇適合的刀具再進行加工，選擇指令屬于自動選刀。自動選刀中包含按照順序選擇和隨意選擇兩種模式。按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(nèi)，在擺放過程中刀具順序不可擺錯，如果加工工件產(chǎn)生了更換，需要及時改變刀具的擺放順序。這種選刀模式的弊端在于相同工件的刀具不可重復(fù)使用，如果增加了刀具的實際數(shù)量，就會在一定程度上降低刀具的實際利用率，但是按照順序選刀在對刀具進行控制的時候較為簡便。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、刀座編碼選擇、附件編碼選擇、計算機記憶選擇。

3.2 PLC控制系統(tǒng)的隨機選刀

計算機記憶選刀的優(yōu)勢在于可以借助軟件進行刀具選擇，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工選刀模式，提升選刀效率和選刀質(zhì)量。刀庫可以隨意交換主軸與刀具，實現(xiàn)隨機換刀。主軸需要基于刀具數(shù)量設(shè)置相應(yīng)的換刀模式，將其儲存在PLC內(nèi)部，刀具的編號和刀庫位置需要保持一致。這種選刀模式可以借助軟件完成選刀，能夠有效避免出現(xiàn)刀具位置錯誤的情況，提升了刀具選擇的合理性和可靠性。

設(shè)刀庫內(nèi)刀具40把，獲得刀具庫存表如表1。

表1 刀具庫存Fig.1 Tool inventory

上圖中刀具實際數(shù)量為40把，刀具編碼為1-40，在刀具庫中對應(yīng)的計算機地址為TAB1-TAB40。這時可以將刀隨意放在任何一個位置，計算機在進行TAB值選擇的時候，刀具相對應(yīng)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(shù)控編程借助指令實現(xiàn)。在系統(tǒng)內(nèi)部接收到指令后，PLC就會對刀具進行選擇，并對相應(yīng)的刀具編號進行檢索。在PLC內(nèi)部計數(shù)器會隨機轉(zhuǎn)換，在刀具庫正轉(zhuǎn)刀位的時候，PLC計數(shù)器會增加，反之則會減少。數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部會對刀具編號和刀座號進行掃描，如兩者契合，刀具庫就會停止，這時就可以選取正確的刀具；如兩者不契合，刀具庫就會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直至找到契合的刀座為止。

3.3 刀具選擇控制設(shè)計

關(guān)于刀具數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)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號相對應(yīng)。計算機地址內(nèi)部已經(jīng)裝設(shè)了相應(yīng)的刀具，這時TAB1-39代表的是刀座編號。在系統(tǒng)換刀的時候，刀庫會開始轉(zhuǎn)動，促使原有刀座和主軸之間方向不一，數(shù)控系統(tǒng)這時便可以對計算機地址進行調(diào)整，使其能夠和刀座號互相對應(yīng)。

表2 刀具數(shù)據(jù)庫Fig.2 Tool database

基于PLC控制系統(tǒng)進行換刀時，刀庫會經(jīng)過旋轉(zhuǎn)到達(dá)待換刀位置，所使用的刀具被放入主軸內(nèi)，原有主軸內(nèi)部的刀具也會回歸刀座。設(shè)該刀座為K，將該刀座的編號儲存在計數(shù)器KL內(nèi)，數(shù)控系統(tǒng)在進行另一個指令的時候，PLC就會檢索尋找指令刀編號。在實際換刀過程中系統(tǒng)會生成一定的指令，如果刀庫順時針轉(zhuǎn)動，KL就會增加，反之則減少。KL和K的編號始終處于相互對應(yīng)的狀態(tài)，使刀具具有一定記憶性。

4 結(jié)語

在加工中心基于PLC技術(shù)實施自動換刀設(shè)計，可以優(yōu)化加工過程、增強旋轉(zhuǎn)定位精準(zhǔn)度，有效降低了加工中心出現(xiàn)誤差的概率，進一步縮小誤差。通以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)還可以保證自動換刀系統(tǒng)的安全性，將技術(shù)優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。