基于 PLC 的加工中心控制設(shè)計(jì)
2021-8-2 來源： 泰州機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 作者：程香
摘要: 采用 PLC 技術(shù)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的換刀、選刀，提升其自動(dòng)識(shí)別速度。基于 PLC 技術(shù)的控制系統(tǒng)穩(wěn)定性相對(duì)較強(qiáng)、操作性較強(qiáng)、可以有效節(jié)約能耗。在加工中心基于 PLC 技術(shù)實(shí)施自動(dòng)換刀設(shè)計(jì)，可以優(yōu)化加工過程、增強(qiáng)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(jìn)一步縮小誤差。以 PLC 技術(shù)為基礎(chǔ)還可以保證自動(dòng)換刀系統(tǒng)的安全性，將技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來。
關(guān)鍵詞: PLC 技術(shù); 加工中心; 控制
采用 PLC 技術(shù)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的換刀、選刀，能提升其自動(dòng)識(shí)別速度，同時(shí)自動(dòng)換刀也可以避免加工中心受到外界因素影響，保證實(shí)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(dòng)控制作用也逐漸顯現(xiàn)出來。自動(dòng)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(dòng)換刀包括刀庫、機(jī)械手和控制設(shè)備，如果刀庫體積較大，就會(huì)對(duì)移動(dòng)速度產(chǎn)生很大的影響，降低其選擇速度并出現(xiàn)誤差。機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)高效換刀作業(yè)，使刀具能夠進(jìn)行快速移動(dòng)。加工中心換刀控制可以為多個(gè)程序的完成提速，節(jié)約加工時(shí)間。為了更好地提升加工進(jìn)度，可以通過 PLC 進(jìn)行自動(dòng)換刀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，滿足加工需要。
2、基于 PLC 技術(shù)的控制系統(tǒng)特點(diǎn)
2. 1 穩(wěn)定性相對(duì)較強(qiáng)
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(chǔ)存形式上，PLC 控制具有較好的邏輯性，主要以程序形式進(jìn)行儲(chǔ)存，假如程序出現(xiàn)變化，邏輯也會(huì)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(shí)施控制，使用硬線連接，連接線較多，會(huì)對(duì)日后調(diào)整產(chǎn)生影響。在控制方式上，繼電器控制采用機(jī)械觸點(diǎn)動(dòng)作實(shí)施控制，這種控制效果不佳，還會(huì)降低工作效率。PLC 主要使用指令進(jìn)行控制，具有較快的運(yùn)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(jìn)一步降低外界干擾，提升設(shè)備實(shí)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(yùn)行過程中能夠長時(shí)間防范故障。
2. 2 操作性較強(qiáng)
基于 PLC 技術(shù)的控制系統(tǒng)使用步驟較為便捷，能夠?yàn)槎嗯_(tái)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(shì)較為明顯，不僅能夠以互聯(lián)網(wǎng)為出口實(shí)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(shí)發(fā)出相應(yīng)警告，使工作人員能夠及時(shí)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(jìn)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(cuò)的情況［3］。
3、基于 PLC 技術(shù)的控制系統(tǒng)加工設(shè)計(jì)
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(jìn)行加工，選擇指令屬于自動(dòng)選刀。自動(dòng)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(cuò)，如果加工工件產(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于相同工件的刀具不可重復(fù)使用，如果增加了刀具的實(shí)際數(shù)量，就會(huì)在一定程度上降低刀具的實(shí)際利用率，但是按照順序選刀在對(duì)刀具進(jìn)行控制的時(shí)候較為簡便。隨意選刀則主要是將刀具進(jìn)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(jì)算機(jī)記憶選擇。
3. 2 PLC 控制系統(tǒng)的隨機(jī)選刀
計(jì)算機(jī)記憶選刀的優(yōu)勢(shì)在于可以借助軟件進(jìn)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(shí)現(xiàn)隨機(jī)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(chǔ)存在 PLC 內(nèi)部，刀具的編號(hào)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(cuò)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
上圖中刀具實(shí)際數(shù)量為 40 把，刀具編碼為 1 －40，在刀具庫中對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)地址為 TAB1 － TAB40。這時(shí)可以將刀隨意放在任何一個(gè)位置，計(jì)算機(jī)在進(jìn)行TAB 值選擇的時(shí)候，刀具相對(duì)應(yīng)的在編號(hào)也會(huì)被正確選擇，刀具被虛擬計(jì)算機(jī)地址所代替。
計(jì)算機(jī)對(duì)刀具的選擇可以通過數(shù)控編程借助指令實(shí)現(xiàn)。在系統(tǒng)內(nèi)部接收到指令后，PLC 就會(huì)對(duì)刀具進(jìn)行選擇，并對(duì)相應(yīng)的刀具編號(hào)進(jìn)行檢索。在 PLC 內(nèi)部計(jì)數(shù)器會(huì)隨機(jī)轉(zhuǎn)換，在刀具庫正轉(zhuǎn)刀位的時(shí)候，PLC 計(jì)數(shù)器會(huì)增加，反之則會(huì)減少。數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)對(duì)刀具編號(hào)和刀座號(hào)進(jìn)行掃描，如兩者契合，刀具庫就會(huì)停止，這時(shí)就可以選取正確的刀具; 如兩者不契合，刀具庫就會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至找到契合的刀座為止。
3. 3 刀具選擇控制設(shè)計(jì)
關(guān)于刀具數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建可以通過表 2 進(jìn)行分析，建立模擬刀庫能夠保證刀具編號(hào)和計(jì)算機(jī)地址 TAB號(hào)相對(duì)應(yīng)。計(jì)算機(jī)地址內(nèi)部已經(jīng)裝設(shè)了相應(yīng)的刀具，這時(shí) TAB1 － 39 代表的是刀座編號(hào)。在系統(tǒng)換刀的時(shí)候，刀庫會(huì)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，促使原有刀座和主軸之間方向不一，數(shù)控系統(tǒng)這時(shí)便可以對(duì)計(jì)算機(jī)地址進(jìn)行調(diào)整，使其能夠和刀座號(hào)互相對(duì)應(yīng)。
表 2 刀具數(shù)據(jù)庫
基于 PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行換刀時(shí)，刀庫會(huì)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(huì)回歸刀座。設(shè)該刀座為 K，將該刀座的編號(hào)儲(chǔ)存在計(jì)數(shù)器 KL 內(nèi)，數(shù)控系統(tǒng)在進(jìn)行另一個(gè)指令的時(shí)候，PLC 就會(huì)檢索尋找指令刀編號(hào)。在實(shí)際換刀過程中系統(tǒng)會(huì)生成一定的指令，如果刀庫順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，KL 就會(huì)增加，反之則減少。KL 和 K 的編號(hào)始終處于相互對(duì)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(shí)施自動(dòng)換刀設(shè)計(jì)，可以優(yōu)化加工過程、增強(qiáng)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(jìn)一步縮小誤差。通以 PLC技術(shù)為基礎(chǔ)還可以保證自動(dòng)換刀系統(tǒng)的安全性，將技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來。
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