基于PLC控制的注塑機(jī)專用機(jī)械手

目前，市場(chǎng)上流行的注塑機(jī)專用機(jī)械手就控制系統(tǒng)而言都是使用專用的微處理機(jī)加接口組成的最小控制系統(tǒng)。在機(jī)械構(gòu)造方面，當(dāng)定位精度要求不高時(shí)采用時(shí)規(guī)皮帶傳動(dòng)，行走部分配置滑線導(dǎo)軌，由變頻調(diào)速器調(diào)速控制。本文提出一種基于PLC控制的注塑機(jī)專用機(jī)械手，充分利用PLC靈活控制的特點(diǎn)，行走部分配置滑線導(dǎo)軌，采用斜齒輪齒條傳動(dòng)和變頻調(diào)速控制;是一種高性價(jià)比的機(jī)電一體化設(shè)備。文章分別從機(jī)械構(gòu)造和電氣控制兩個(gè)層面對(duì)該機(jī)作了較為完整的論述。

1 引言

在塑膠制品中，以制品的加工方法不同來(lái)分類，主要可以分為四大類。一為注塑成型產(chǎn)品;二為吹塑成型產(chǎn)品;三為擠出成型產(chǎn)品;四為壓延成型產(chǎn)品。其中應(yīng)用面最廣、品種最多、精密度最高的，當(dāng)數(shù)注塑成品產(chǎn)品類，小到日常生活用品中的鍋瓢碗盞、兒童玩具，大到精密工業(yè)設(shè)備上的零部件，隨著各種高分子新材料的不斷涌現(xiàn)，許多金屬零部件亦有不斷被這些新材料逐步取代的趨勢(shì)。為配合注塑成型產(chǎn)品自動(dòng)化生產(chǎn)要求，為保證制品的高品質(zhì)高效率，必須盡量減少人工的干預(yù)，基于上述思想，許多注塑機(jī)生產(chǎn)廠家將注塑機(jī)專用機(jī)械手的裝置列入了客戶輔助選用件的范圍。

然而,對(duì)于原有注射機(jī)而言，絕大多數(shù)都沒(méi)有此項(xiàng)裝置，因此，開發(fā)適合注塑機(jī)使用的專用輔助機(jī)械手，就成了提升廠家產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力的一種重要手段和必然選擇。

2 行業(yè)狀況

各種類型機(jī)械手是自動(dòng)化生產(chǎn)中必不可少的重要設(shè)備。尤其是在危險(xiǎn)場(chǎng)合，在嚴(yán)重威脅人們安全和健康的環(huán)境下，采用機(jī)械手代替人，具有十分重要的意義。

珠江三角洲地區(qū)塑膠工業(yè)是十分發(fā)達(dá)的，在國(guó)內(nèi)居龍頭地位，在國(guó)際上珠三角也有世界工廠之稱。目前，該行業(yè)使用的注射機(jī)專用機(jī)械手以***生產(chǎn)的居多，如***勁力公司生產(chǎn)的勁力牌機(jī)械手、***威得客國(guó)際股份有限公司生產(chǎn)的“威得客”W255系列注射機(jī)專用機(jī)械手,等等。

剖析此類機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，其電氣控制系統(tǒng)一般均采用微型計(jì)算機(jī)最小系統(tǒng)或單片機(jī)系統(tǒng)，機(jī)械手驅(qū)動(dòng)部分采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)。在機(jī)械構(gòu)造方面采用滑線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)配時(shí)規(guī)皮帶傳動(dòng)，或用滾珠齒輪齒條結(jié)構(gòu)配滑線導(dǎo)軌。總體設(shè)計(jì)思想，都是盡量采用成熟的控制技術(shù)和機(jī)械零件與機(jī)構(gòu)搭配而成。

3 基于PLC控制的注塑機(jī)專用機(jī)械手

上述注塑機(jī)專用機(jī)械手, 就機(jī)械手制造廠家而言, 由于是專用輔助設(shè)備因而售價(jià)較高, 尤其用于對(duì)原有注塑機(jī)的設(shè)備改造上, 經(jīng)濟(jì)上似乎“得不償失”之嫌。所謂“高性能價(jià)格比”的注塑機(jī)專用機(jī)械手就成了所有注塑制品生產(chǎn)廠家利用原有注塑機(jī)設(shè)備提升產(chǎn)品質(zhì)量的重要選擇和最大需求。

3.1 以PLC為核心的控制系統(tǒng)

PLC是一種以微處理器為核心, 并綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它的最大特點(diǎn)就是體積小, 功能強(qiáng), 響應(yīng)速度快，可靠性高。控制過(guò)程均通過(guò)以梯形圖的方式編程。隨時(shí)可依生產(chǎn)工藝的不同要求而隨機(jī)修改，還具有可擴(kuò)展性。現(xiàn)在由于PLC均由世界上有名的電氣控制設(shè)備制造商專業(yè)化研究開發(fā)和批量生產(chǎn), 故由于生產(chǎn)成本低而導(dǎo)致價(jià)格便宜。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快, 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致其價(jià)格有進(jìn)一步下調(diào)的空間, 為各行業(yè)上廣泛采用此種控制系統(tǒng)提供了有利條件。其控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 PLC控制系統(tǒng)框圖

圖中人機(jī)界面亦采用技術(shù)上及工藝上均已十分熟悉的5.7"單色觸摸屏, 采用手持式結(jié)構(gòu), 通過(guò)對(duì)話式操作界面，全中文模式，簡(jiǎn)單易學(xué)。內(nèi)建程序可以隨心所欲的搭配使用, 可自動(dòng)監(jiān)測(cè)故障并紀(jì)錄。可隨時(shí)修改三個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及橫行軸變頻調(diào)速器的各項(xiàng)參數(shù)，以滿足產(chǎn)品工藝要求。PLC通過(guò)讀取注塑機(jī)的開合模信號(hào)和頂針信號(hào)，通過(guò)程序運(yùn)行從而保證機(jī)械手與注塑機(jī)工作安全協(xié)調(diào)。

3.2 機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)模式

在當(dāng)今技術(shù)更新愈來(lái)愈快的時(shí)代，誰(shuí)跟上技術(shù)發(fā)展的腳步，誰(shuí)就有可能獲得市場(chǎng)。目前，市場(chǎng)上流行的注塑機(jī)專用機(jī)械手，無(wú)一不是沿用上述思路來(lái)設(shè)計(jì)的。本文將上述思想引伸為一種設(shè)計(jì)模式:積木式結(jié)構(gòu)。即將系統(tǒng)中相對(duì)獨(dú)立的部件，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，采用最高性能價(jià)格比的機(jī)構(gòu)予以配置。針對(duì)本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，橫行軸采用變頻器馬達(dá)配減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng);上下軸及引拔軸使用氣缸驅(qū)動(dòng)。在橫行、引拔、上下行走機(jī)構(gòu)上均使用進(jìn)口的高剛型線性滑軌。上下行軸及引拔軸裝配支座均使用市售高剛型的鋁合金型材，橫行軸采用斜齒輪齒條傳動(dòng)。綜上所述，高性價(jià)比的機(jī)械配置加高性價(jià)比的控制系統(tǒng)，由此催生了極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的注塑機(jī)專用機(jī)械手。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思想，以O(shè)MRON公司的CPM2AE為例，該型號(hào)是專為中國(guó)客戶推出的PLC，具有極高的性價(jià)比，筆者以此為核心，配上觸摸屏和LG變頻器，再輔以上述機(jī)械傳動(dòng)部件，即構(gòu)成了注塑機(jī)專用機(jī)械手的硬件部分，而軟件編程則以應(yīng)用工程師十分熟悉的梯行圖語(yǔ)言來(lái)編寫，相信也并非難事。該注塑機(jī)專用機(jī)械手已應(yīng)用于生產(chǎn)。造價(jià)較市場(chǎng)上同類型機(jī)低近2萬(wàn)元。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，利用十分成熟的PLC技術(shù)和變頻器調(diào)速技術(shù)以及十分成熟先進(jìn)的機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)件，采用積木式架構(gòu)，應(yīng)用工程師就可以迅速地為企業(yè)設(shè)計(jì)制造出生產(chǎn)急需的機(jī)電一體化設(shè)備。成為在設(shè)備改造、升級(jí)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的有力武器