喬志剛

摘 要：加工中心設計采用PLC技術，能夠提升自身的換刀和選刀效率?；赑LC的控制系統(tǒng)擁有良好的穩(wěn)定性與操作性，能夠降低能耗，縮小誤差。因此，本文探討了基于PLC的加工中心控制設計。首先概述PLC的應用領域和優(yōu)點，然后探討基于PLC的換刀控制，再闡述基于PLC的加工中心控制系統(tǒng)特點，最后分析具體的控制設計。

關鍵詞：PLC;加工中心;控制設計

中圖分類號：TG659;TP273文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）04-0076-03

Abstract： The machining center design adopts PLC technology， which can improve its own tool change and tool selection efficiency. The PLC-based control system has good stability and operability， which can reduce energy consumption and reduce errors. Therefore， this paper discussed the control design of the machining center based on PLC. In the meantime， it first summarized the application fields and advantages of PLC， then discussed the PLC-based tool change control， then elaborated the characteristics of the PLC-based machining center control system， and finally analyzed the specific control design.

Keywords： PLC;machining center;control design

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。其因具有可靠性高、編程容易、組態(tài)靈活的優(yōu)勢而被廣泛應用。本文主要分析基于PLC的加工中心控制設計。

1 PLC概述

PLC是基于計算機發(fā)展而來的新型工業(yè)控制裝置，也是為工業(yè)生產而設計的電子裝置，如圖1所示。PLC采用能夠用于編寫程序的存儲器，主要用于下達各種內部存儲的運算操作指令，同時利用數(shù)字式輸入（出）對機械進行控制。PLC及其有關的各種外圍設備都需要根據(jù)工業(yè)控制系統(tǒng)要求，構建統(tǒng)一的整體，優(yōu)化功能設計。PLC本身具有諸多優(yōu)勢，應用范圍不斷擴大，當前，其已經在我國諸多工業(yè)門類中得到應用[1-3]。

1.1 應用領域

PLC應用領域主要包括兩點。一是運動控制。PLC利用專用指令，對圓周或直線運動的加速度與速度進行控制，有效實現(xiàn)雙軸、單軸位置等方面的控制，將順序控制與運動控制兩者有效結合。二是數(shù)據(jù)處理。當下，PLC具有數(shù)據(jù)采集、傳輸以及處理等功能，并且能夠對新數(shù)據(jù)和存儲器中的數(shù)據(jù)進行比較。

1.2 PLC的優(yōu)點

一是可靠性高。PLC并不需要過多的元件，這使得PLC連線變得很少，系統(tǒng)維修十分簡單。PLC還采用抗干擾措施，擁有較強的抗干擾能力，其可以應用在具有強烈干擾的作業(yè)現(xiàn)場，不會輕易出現(xiàn)故障，PLC成為企業(yè)非常喜歡使用的控制裝置。二是維修工作量較小。PLC本身發(fā)生故障的概率很低，其自身擁有較為健全的顯示與自我診斷功能，這使得PLC的維修量非常小。當發(fā)生故障時，檢修人員能夠第一時間知道故障發(fā)生的原因和位置，方便檢修[4-7]。三是具有很強的功能。小型PLC含有很多供用戶使用的編程元件，相較于其他同類型的裝置，其擁有很強的功能，能夠實現(xiàn)較為復雜的控制功能。

2 基于PLC的換刀控制

當前，我國制造業(yè)高速發(fā)展，加工中心要加強對刀具的自動控制。自動換刀不僅能夠提升加工效率，還能夠有效避免人工換刀而導致的問題。自動換刀系統(tǒng)主要包括機械手、刀庫和控制裝置三部分，若刀庫體積過大，將會直接影響換刀時的移動速度，容易出現(xiàn)誤差[8-10]。機械手能夠使得換刀作業(yè)更加高效，可以實現(xiàn)快速移動。加工中心換刀控制可以通過若干程序完成提速，有效節(jié)約加工時間。為了有效提升加工進度，研究人員可以以PLC為基礎，設計自動換刀系統(tǒng)，通過PLC對換刀進行更加準確的控制，從而滿足加工需求。

3 基于PLC的加工中心控制系統(tǒng)特點

3.1 穩(wěn)定性良好

以PLC為基礎所構建的加工中心控制系統(tǒng)本身擁有良好的抗干擾能力。和繼電器相比，從存儲形式來看，PLC擁有非常好的邏輯性，二者都是通過程序形式完成存儲工作，若程序發(fā)生改變，那么邏輯隨之改變。傳統(tǒng)繼電器控制主要采用并聯(lián)組合，利用硬線進行連接，連接線很多，通常會影響日后的調整[11-12]。從控制方式來看，繼電器控制通過機械觸點來達到控制效果，并不能達到理想的狀態(tài)，甚至還會大大降低工作效率。而PLC則利用指令完成控制，擁有很快的運行速度。PLC可以有效解決加工中心的控制問題，降低外界干擾，大大提升設備的使用率?，F(xiàn)階段，加工中心已經廣泛應用PLC，使用效果良好，能夠有效預防故障。

3.2 操作性較強

基于PLC的加工中心控制系統(tǒng)應用較為便捷，適用于較為復雜的環(huán)境，可以為諸多用戶提供編程服務。相較于繼電器，PLC構建的系統(tǒng)擁有更大的優(yōu)勢，不僅可以將互聯(lián)網作為出口進行分散控制，還使得操作更加簡單、管理更為集中。加工中心利用PLC替代繼電器，使得控制工作變得更加精準，大大提升了工作效率[13-14]。PLC具有良好的故障處理能力，如果系統(tǒng)內部出現(xiàn)故障，就會及時發(fā)出警告，讓工作人員第一時間發(fā)現(xiàn)故障，及時檢修，快速解決故障，使得加工中心正常工作，從而降低損失。

3.3 能耗低且質量輕

PLC的能耗較低，質量很輕，操作簡便，因為PLC借助大規(guī)模集成電路組裝而成[15-16]。PLC可以促進機電一體化，讓加工中心實現(xiàn)良好的自動控制。過去，復雜的控制系統(tǒng)通常使用大量繼電器進行控制，而PLC可以有效降低繼電器使用數(shù)量，使控制系統(tǒng)變得更加簡單。PLC本身體積很小，如此便可以縮小開關柜的體積，為加工中心節(jié)省空間。

4 基于PLC的加工中心控制設計

加工中心需要使用不同刀具完成加工工作，其需要選擇最為適合的刀具，利用選擇指令實現(xiàn)自動換刀。自動選刀主要包括兩種模式。

4.1 按順序選刀

人們根據(jù)加工時所使用的刀具順序將不同刀具放入刀座中，刀具順序不可擺錯，否則將會引發(fā)嚴重的加工事故。如果加工的零件發(fā)生變化，就要改變刀具順序，以便滿足加工需求[17-18]。這種刀具選擇模式具有非常明顯的弊端，主要表現(xiàn)為加工相同工件時所使用的刀具難以重復使用，人們需要通過增加刀具數(shù)量實現(xiàn)重復加工，這會直接降低刀具利用率。

4.2 隨機選刀

隨機選刀是將刀庫中的所有刀具編碼，在實際加工過程中只需要根據(jù)編碼選擇刀具即可。隨機選刀的選擇方式主要有計算機記憶選擇、編碼選擇等。

計算機記憶選擇是利用軟件選刀，替代以往的人工選刀模式，能有效提升選刀的質量與效率。刀庫可以隨意交換刀具和主軸，以便實現(xiàn)隨機換刀。主軸要根據(jù)刀具數(shù)量設置換刀模式，之后將其存儲在PLC中。需要注意的是，刀庫位置與刀具編號要保持一一對應。利用軟件選刀，能夠避免刀具位置發(fā)生錯誤，提升刀具選擇的可靠性與合理性[19]。例如，當?shù)稁鞊碛?0把刀具時，對刀具從1到40進行編號，其在計算機中的地址則是TAB+1到TAB+40，如表1所示。此時，如果將刀具隨意放置，那么計算機只需要根據(jù)具體的編號選擇刀具即可，刀具便能夠被正確選擇，而刀具在計算機系統(tǒng)中便被虛擬地址取替。事實上，計算機主要借助編程指令選擇刀具。系統(tǒng)收到指令，便會自動選擇刀具，同時檢索刀具編號。從PLC內部來看，計數(shù)器通常都會出現(xiàn)隨機轉換，當?shù)毒邘煺D刀位時，PLC計數(shù)器讀數(shù)將會不斷增加，而逆轉則會減少。系統(tǒng)內部還會掃描刀座號與刀具編號，當兩者相契合時，刀具庫就會停止轉動，此時便可以從中選擇需要的刀具;如果兩者沒有契合，那么刀庫便會繼續(xù)轉動，直到找出最為契合的刀座。

5 結論

刀具控制是保障加工中心正常運轉的關鍵，研究人員需要給予高度重視。以往加工中心的控制主要利用繼電器，然而繼電器具有明顯的不足，這使得人們開始利用PLC對加工中心控制系統(tǒng)進行設計，以便獲得更好的控制效果。當前，人們要充分發(fā)揮PLC的優(yōu)勢，促進傳統(tǒng)加工中心的優(yōu)化升級，有效保障換刀系統(tǒng)運行時的安全性。

參考文獻：

[1]王蕊，張孝元，高昆.基于PLC的刀庫自動換刀控制系統(tǒng)設計[J].電子技術與軟件工程，2018（13）：110-111.

[2]秦曉陽.基于VMCH850數(shù)控加工中心斗笠式刀庫電氣控制優(yōu)化設計[J].機電工程技術，2018（3）：144-146.

[3]潘曉貝.基于PLC在HNC-818加工中心換刀故障的應用[J].組合機床與自動化加工技術，2018（5）：111-112.

[4]許粵川.基于PLC的加工中心控制設計[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2015（15）：95-96.

[5]吉萍萍.西門子840D加工中心PLC控制系統(tǒng)研究設計[J].商品與質量，2016（8）：84-85.

[6]劉春梅.高速精密加工中心進給系統(tǒng)并聯(lián)恒溫控制裝置設計應用[J].世界制造技術與裝備市場，2020（4）：77-78.

[7]楊林，周亞雄，李波波，等.FANUC31IB串聯(lián)控制在重型龍門加工中心上的應用[J].機械設計，2018（1）：226-229.

[8]劉基強，張改麗，黃姣英，等.基于改進FMECA與故障傳播模型結合的中子單粒子故障源定位分析[J].微電子學與計算機，2020（8）：32-36.

[9]施蘇俊，嚴帥.加工中心自動換刀系統(tǒng)組合式換刀控制方式的研究[J].裝備制造技術，2018（9）：141-144.

[10]范晉偉，薛良良，潘日，等.基于FMECA與FTA的數(shù)控磨床冷卻系統(tǒng)可靠性分析[J].制造技術與機床，2020（8）：45-48.

[11]李偉，辛志宏，馮莉，等.省級農產品加工貯藏與質量控制實驗教學示范中心建設探索：以南京農業(yè)大學為例[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2020（14）：108-109.

[12]郭畢明.FMECA分析方法在機車空調修程優(yōu)化中的應用[J].內燃機與配件，2020（13）：142-143.

[13]葉凱，蔡沖，陸兆鵬.基于模糊FMECA的克令吊可靠性分析[J].船舶標準化工程師，2020（4）：23-28.

[14]王旭巖，樊茜琪.基于FMECA法的城市軌道交通車輛故障重要度分析[J].城市軌道交通研究，2020（7）：121-124.

[15]方昱璋，張曉梅，張海文.基于TSK型遞歸模糊神經網絡的加工中心雙直線電機交叉耦合同步控制[J].科學技術與工程，2020（18）：7318-7322.

[16]楊錦斌.高速精密加工中心進給系統(tǒng)并聯(lián)恒溫控制裝置的設計[J].機械制造，2020（6）：62-65.

[17]潘建欣，何書默，肖敏，等.基于FMECA方法的車用燃料電池發(fā)動機風險評估[J].高校化學工程學報，2020（3）：786-791.

[18]褚易凡.基于FMECA城軌列車轉向架的可靠性分析[D].青島：青島理工大學，2020：22-23.

[19]喬君超.WH-5A3型加工中心控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2020：19.