一种应用于卧式注塑机的横走式双臂单截机械手研究

引言

近几年来,大多数中小型模具企业由于受到规模小、资金少等限制,导致生产自动化水平过低,很多企业在生产中还是采用人工取料方式。但随着科技的进步与经济的发展,人工上下料等方式将逐渐被机械自动化生产方式所取代。运用机械手取料可降低企业人力成本、提高产品生产效率、保证注塑过程的安全,消除人工上下料的弊端。虽然从外观方面观察,机械手的机构看似简单,但其专用性很强,需要我们对工作需求有深入的分析并定制其机构。本文提出了一种基于卧式注塑机的横走式双臂单截机械手自动取塑料件的设计方案。

1结构设计

本文所设计的横走式双臂单截机械手结构如图1所示,机械手共分为7个模块,分别为横走模块、正臂引拔模块、正臂升降模块、正臂翻转模块、副臂引拔模块、副臂升降模块、副臂夹取模块。

横走模块由底座、步进电机、滑块与导轨、皮带组成,实现机械手在Y轴方向移动的功能。底座连接整个横走式双臂单截机械手与卧式注塑机,皮带通过皮带固定块设置于底座上方,皮带的材质为T形齿型钢丝PU皮,稳定耐用:两滑轨设置于皮带两边,每个滑轨上设置两个滑块,四个滑块与横走基座连接:配有减速器的步进电机通过安装板固定于横走基座,并通过两个张紧轮与皮带连接。

正臂引拔模块设置于横走基座上方,通过两刚度高、质量小的铝合金连接而成:两滑轨分别设置于两铝合金上方,每一滑轨都设置有滑块,引拔基座与滑块连接。气缸I固定于引拔基座,并通过固定块与固定于铝合金的导柱连接:引拔基座设置有两缓冲器,用于缓冲并限定引拔基座在X轴方向上的移动。

正臂升降模块设置于引拔基座侧方,由一个刚度高、质量小的铝合金作为底座,无杆气缸设置于铝合金中间:铝合金上设置有两滑块,与另一设置于另一升降基座的滑轨配合。无杆气缸中的滑块与升降基座连接固定:缓冲器设置于铝合金侧面,用于限制升降基座在Z轴方向的移动。

正臂翻转模块设置于升降基座下方,升降基座与翻转基座连接。标准气缸的尾部通过耳环固定架与翻转基座连接:翻转板通过销轴与翻转基座连接,标准气缸的推杆与翻转板通过螺钉连接:气缸、翻转基座、翻转板形成一个活动的三角形,当气缸伸出时,翻转板底面与水平面平行,当气缸缩回时,翻转板底面与垂直面平行。

副臂引拔模块的结构与正臂引拔模块相似,两者的引拔基座都设置于相同的滑轨上,两者的气缸的推杆末端都固定于同一连杆。副臂升降模块的结构与正臂升降模块相同,两者有独立的活动区域,避免了相互干涉相撞的问题。副臂夹取模块设置于正臂升降模块的升降基座下方:副臂夹取模块设置有水口夹,可将注塑模具中的水口件夹取并移出模具。

2机械手控制系统

电气自动化控制技术在自动化机械装备中必不可少,本文运用基于PLC(可编程控制器)的自动化控制方式来控制机械手自动上下料。PLC由于具有稳定性强、兼容性强等特点,非常适合应用于自动化机械设备的控制[3]。机械手控制系统采用PLC处理中心获取限位开关和磁性开关等的感应器数据,对驱动器与电磁阀的控制元件进行控制,控制元件再进一步发送指令至步进电机与各气缸等执行元件完成工作。

整个工作流程的动作逻辑图如图2所示。

横走式双臂单截机械手复位,正臂翻转模块与副臂夹取模块都在卧式注塑机的上后方,正臂翻转模块呈垂直姿态,副臂夹取模块呈张开姿态。当卧式注塑机完成注塑后打开防护门,并向可编程控制器发送信号,可编程控制器向两升降气缸的电磁阀发送开关量信号,电磁阀的阀芯改变气路方向,升降气缸向下运动,到位后升降气缸的下限位开关反馈信号至可编程控制器。可编程控制器向两张拔气缸的电磁阀发送开关量信号,电磁阀的阀芯改变气路方向,张拔气缸向左运动,正臂翻转模块与副臂夹取模块夹取产品和水口,升降气缸的左限位开关反馈信号至可编程控制器。可编程控制器向两张拔气缸的电磁阀发送开关量信号,电磁阀的阀芯再次改变气路方向,张拔气缸复位,产品和水口脱离模具,升降气缸的右限位开关反馈信号至可编程控制器。可编程控制器向两升降气缸的电磁阀发送开关量信号,电磁阀的阀芯改变气路方向,升降气缸向上运动,注塑产品与水口被移动至上方,升降气缸的上限位开关反馈信号至可编程控制器。可编程控制器向驱动器发送脉冲信号,驱动器通过向步进电机发送脉冲信号的方式控制步进电机输出轴旋转,带动机械手在Y轴方向移动。到达位置后,可编程控制器控制水口夹张开,放下水口件。可编程控制器继续向驱动器发送脉冲信号,促使步进电机旋转,带动机械手在Y轴方向移动,将注塑产品放置于皮带输送线上,横走式双臂单截机械手复位。

3结语

本文主要对横走式双臂单截机械手在卧式注塑机的应用进行了研究,并对其中的结构设计与机械手的控制系统展开了详细介绍,解决了传统手工操作危险、生产效率低等问题,可为注塑领域提供参考借鉴。