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一種應用于臥式注塑機的橫走式雙臂單截機械手研究
  瀏覽次數:7202  發布時間:2019年12月17日 10:07:23
[導讀] 生活中高分子材料產品隨處可見,因此各工廠塑料件的生產量十分巨大,為了提高注塑產品的生產效率與保證操作工人 的安全性,設計了一種橫走式雙臂單截機械手,主要利用伺服電機與氣缸作為驅動件,滑塊與導軌作為傳動件,能安裝于臥式注塑成型 設備周邊,實現自動化抓取注塑產品和水口的功能。
 方嘉煒 (廣東慧航物聯科技有限公司,廣東 東莞 523000) 
0 引言 
近幾年來,大多數中小型模具企業由于受到規模小、資金 少等限制,導致生產自動化水平過低,很多企業在生產中還是 采用人工取料方式。但隨著科技的進步與經濟的發展,人工上 下料等方式將逐漸被機械自動化生產方式所取代[1]。運用機械 手取料可降低企業人力成本、提高產品生產效率、保證注塑過 程的安全,消除人工上下料的弊端。雖然從外觀方面觀察,機 械手的機構看似簡單,但其專用性很強,需要我們對工作需求 有深入的分析并定制其機構[2]。本文提出了一種基于臥式注塑 機的橫走式雙臂單截機械手自動取塑料件的設計方案。 

1 結構設計 
本文所設計的橫走式雙臂單截機械手結構如圖1所示,機 械手共分為7個模塊,分別為橫走模塊、正臂引拔模塊、正臂升 降模塊、正臂翻轉模塊、副臂引拔模塊、副臂升降模塊、副臂夾 取模塊。 
 

橫走模塊由底座、步進電機、滑塊與導軌、皮帶組成,實現 機械手在Y軸方向移動的功能。底座連接整個橫走式雙臂單截 機械手與臥式注塑機,皮帶通過皮帶固定塊設置于底座上方, 皮帶的材質為T形齒型鋼絲PU皮,穩定耐用;兩滑軌設置于皮 帶兩邊,每個滑軌上設置兩個滑塊,四個滑塊與橫走基座連 接;配有減速器的步進電機通過安裝板固定于橫走基座,并通 過兩個張緊輪與皮帶連接。 

正臂引拔模塊設置于橫走基座上方,通過兩剛度高、質量 小的鋁合金連接而成;兩滑軌分別設置于兩鋁合金上方,每一 滑軌都設置有滑塊,引拔基座與滑塊連接。氣缸I固定于引拔 基座,并通過固定塊與固定于鋁合金的導柱連接;引拔基座設 置有兩緩沖器,用于緩沖并限定引拔基座在X軸方向上的移動。 

正臂升降模塊設置于引拔基座側方,由一個剛度高、質量 小的鋁合金作為底座,無桿氣缸設置于鋁合金中間;鋁合金上 設置有兩滑塊,與另一設置于另一升降基座的滑軌配合。無桿 氣缸中的滑塊與升降基座連接固定;緩沖器設置于鋁合金側 面,用于限制升降基座在Z軸方向的移動。 

正臂翻轉模塊設置于升降基座下方,升降基座與翻轉基 座連接。標準氣缸的尾部通過耳環固定架與翻轉基座連接;翻 轉板通過銷軸與翻轉基座連接,標準氣缸的推桿與翻轉板通 過螺釘連接;氣缸、翻轉基座、翻轉板形成一個活動的三角形, 當氣缸伸出時,翻轉板底面與水平面平行,當氣缸縮回時,翻 轉板底面與垂直面平行。 

副臂引拔模塊的結構與正臂引拔模塊相似,兩者的引拔 基座都設置于相同的滑軌上,兩者的氣缸的推桿末端都固定 于同一連桿。副臂升降模塊的結構與正臂升降模塊相同,兩者 有獨立的活動區域,避免了相互干涉相撞的問題。副臂夾取模 塊設置于正臂升降模塊的升降基座下方;副臂夾取模塊設置 有水口夾,可將注塑模具中的水口件夾取并移出模具。 

2 機械手控制系統 
電氣自動化控制技術在自動化機械裝備中必不可少,本 文運用基于PLC(可編程控制器)的自動化控制方式來控制機 械手自動上下料。PLC由于具有穩定性強、兼容性強等特點,非 常適合應用于自動化機械設備的控制[3]。機械手控制系統采用 PLC處理中心獲取限位開關和磁性開關等的感應器數據,對驅 動器與電磁閥的控制元件進行控制,控制元件再進一步發送 指令至步進電機與各氣缸等執行元件完成工作。 
整個工作流程的動作邏輯圖如圖2所示。 
 

圖2 動作邏輯圖 

橫走式雙臂單截機械手復位,正臂翻轉模塊與副臂夾取 模塊都在臥式注塑機的上后方,正臂翻轉模塊呈垂直姿態,副 臂夾取模塊呈張開姿態。當臥式注塑機完成注塑后打開防護 門,并向可編程控制器發送信號,可編程控制器向兩升降氣缸 的電磁閥發送開關量信號, 電磁閥的閥芯改變氣路方向,升降氣缸向下運動,到位后升降 氣缸的下限位開關反饋信號至可編程控制器。可編程控制器 向兩張拔氣缸的電磁閥發送開關量信號,電磁閥的閥芯改變 氣路方向,張拔氣缸向左運動,正臂翻轉模塊與副臂夾取模塊 夾取產品和水口,升降氣缸的左限位開關反饋信號至可編程 控制器。可編程控制器向兩張拔氣缸的電磁閥發送開關量信 號 ,電 磁 閥 的 閥 芯 再 次 改 變 氣 路 方 向 ,張 拔 氣 缸 復 位 ,產 品 和 水口脫離模具,升降氣缸的右限位開關反饋信號至可編程控 制器。可編程控制器向兩升降氣缸的電磁閥發送開關量信號, 電磁閥的閥芯改變氣路方向,升降氣缸向上運動,注塑產品與 水口被移動至上方,升降氣缸的上限位開關反饋信號至可編 程控制器。可編程控制器向驅動器發送脈沖信號,驅動器通過 向步進電機發送脈沖信號的方式控制步進電機輸出軸旋轉, 帶動機械手在Y軸方向移動。到達位置后,可編程控制器控制 水口夾張開,放下水口件。可編程控制器繼續向驅動器發送脈 沖信號,促使步進電機旋轉,帶動機械手在Y軸方向移動,將 注塑產品放置于皮帶輸送線上,橫走式雙臂單截機械手復位。 

3結語 
本文主要對橫走式雙臂單截機械手在臥式注塑機的應用 進行了研究,并對其中的結構設計與機械手的控制系統展開 了詳細介紹,解決了傳統手工操作危險、生產效率低等問題, 可為注塑領域提供參考借鑒。 

[參考文獻] 
[1] 管洋.基于注塑機的伺服機械手的研究[D].青島:青島科技 大學,2013. 
[2] 潘鵬.淺析自動化機械手的作用及在現實中的應用[J].科技 經濟導刊,2019,27(12):63. 
[3] 李春艷.PLC在工業機械手中的應用[J].企業技術開發(學術 版),2018,37(9):72-74,136.