一種應(yīng)用于臥式注塑機(jī)的橫走式雙臂單截機(jī)械手研究

引言

近幾年來,大多數(shù)中小型模具企業(yè)由于受到規(guī)模小、資金少等限制,導(dǎo)致生產(chǎn)自動(dòng)化水平過低,很多企業(yè)在生產(chǎn)中還是采用人工取料方式。但隨著科技的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人工上下料等方式將逐漸被機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)方式所取代。運(yùn)用機(jī)械手取料可降低企業(yè)人力成本、提高產(chǎn)品生產(chǎn)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(jī)械手的機(jī)構(gòu)看似簡(jiǎn)單,但其專用性很強(qiáng),需要我們對(duì)工作需求有深入的分析并定制其機(jī)構(gòu)。本文提出了一種基于臥式注塑機(jī)的橫走式雙臂單截機(jī)械手自動(dòng)取塑料件的設(shè)計(jì)方案。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的橫走式雙臂單截機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖1所示,機(jī)械手共分為7個(gè)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(zhuǎn)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(jìn)電機(jī)、滑塊與導(dǎo)軌、皮帶組成,實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在Y軸方向移動(dòng)的功能。底座連接整個(gè)橫走式雙臂單截機(jī)械手與臥式注塑機(jī),皮帶通過皮帶固定塊設(shè)置于底座上方,皮帶的材質(zhì)為T形齒型鋼絲PU皮,穩(wěn)定耐用:兩滑軌設(shè)置于皮帶兩邊,每個(gè)滑軌上設(shè)置兩個(gè)滑塊,四個(gè)滑塊與橫走基座連接:配有減速器的步進(jìn)電機(jī)通過安裝板固定于橫走基座,并通過兩個(gè)張緊輪與皮帶連接。

正臂引拔模塊設(shè)置于橫走基座上方,通過兩剛度高、質(zhì)量小的鋁合金連接而成:兩滑軌分別設(shè)置于兩鋁合金上方,每一滑軌都設(shè)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(dǎo)柱連接:引拔基座設(shè)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(dòng)。

正臂升降模塊設(shè)置于引拔基座側(cè)方,由一個(gè)剛度高、質(zhì)量小的鋁合金作為底座,無桿氣缸設(shè)置于鋁合金中間:鋁合金上設(shè)置有兩滑塊,與另一設(shè)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(shè)置于鋁合金側(cè)面,用于限制升降基座在Z軸方向的移動(dòng)。

正臂翻轉(zhuǎn)模塊設(shè)置于升降基座下方,升降基座與翻轉(zhuǎn)基座連接。標(biāo)準(zhǔn)氣缸的尾部通過耳環(huán)固定架與翻轉(zhuǎn)基座連接:翻轉(zhuǎn)板通過銷軸與翻轉(zhuǎn)基座連接,標(biāo)準(zhǔn)氣缸的推桿與翻轉(zhuǎn)板通過螺釘連接:氣缸、翻轉(zhuǎn)基座、翻轉(zhuǎn)板形成一個(gè)活動(dòng)的三角形,當(dāng)氣缸伸出時(shí),翻轉(zhuǎn)板底面與水平面平行,當(dāng)氣缸縮回時(shí),翻轉(zhuǎn)板底面與垂直面平行。

副臂引拔模塊的結(jié)構(gòu)與正臂引拔模塊相似,兩者的引拔基座都設(shè)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(jié)構(gòu)與正臂升降模塊相同,兩者有獨(dú)立的活動(dòng)區(qū)域,避免了相互干涉相撞的問題。副臂夾取模塊設(shè)置于正臂升降模塊的升降基座下方:副臂夾取模塊設(shè)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(jī)械手控制系統(tǒng)

電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在自動(dòng)化機(jī)械裝備中必不可少,本文運(yùn)用基于PLC(可編程控制器)的自動(dòng)化控制方式來控制機(jī)械手自動(dòng)上下料。PLC由于具有穩(wěn)定性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)等特點(diǎn),非常適合應(yīng)用于自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備的控制[3]。機(jī)械手控制系統(tǒng)采用PLC處理中心獲取限位開關(guān)和磁性開關(guān)等的感應(yīng)器數(shù)據(jù),對(duì)驅(qū)動(dòng)器與電磁閥的控制元件進(jìn)行控制,控制元件再進(jìn)一步發(fā)送指令至步進(jìn)電機(jī)與各氣缸等執(zhí)行元件完成工作。

整個(gè)工作流程的動(dòng)作邏輯圖如圖2所示。

橫走式雙臂單截機(jī)械手復(fù)位,正臂翻轉(zhuǎn)模塊與副臂夾取模塊都在臥式注塑機(jī)的上后方,正臂翻轉(zhuǎn)模塊呈垂直姿態(tài),副臂夾取模塊呈張開姿態(tài)。當(dāng)臥式注塑機(jī)完成注塑后打開防護(hù)門,并向可編程控制器發(fā)送信號(hào),可編程控制器向兩升降氣缸的電磁閥發(fā)送開關(guān)量信號(hào),電磁閥的閥芯改變氣路方向,升降氣缸向下運(yùn)動(dòng),到位后升降氣缸的下限位開關(guān)反饋信號(hào)至可編程控制器?？删幊炭刂破飨騼蓮埌螝飧椎碾姶砰y發(fā)送開關(guān)量信號(hào),電磁閥的閥芯改變氣路方向,張拔氣缸向左運(yùn)動(dòng),正臂翻轉(zhuǎn)模塊與副臂夾取模塊夾取產(chǎn)品和水口,升降氣缸的左限位開關(guān)反饋信號(hào)至可編程控制器?？删幊炭刂破飨騼蓮埌螝飧椎碾姶砰y發(fā)送開關(guān)量信號(hào),電磁閥的閥芯再次改變氣路方向,張拔氣缸復(fù)位,產(chǎn)品和水口脫離模具,升降氣缸的右限位開關(guān)反饋信號(hào)至可編程控制器?？删幊炭刂破飨騼缮禋飧椎碾姶砰y發(fā)送開關(guān)量信號(hào),電磁閥的閥芯改變氣路方向,升降氣缸向上運(yùn)動(dòng),注塑產(chǎn)品與水口被移動(dòng)至上方,升降氣缸的上限位開關(guān)反饋信號(hào)至可編程控制器。可編程控制器向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖信號(hào),驅(qū)動(dòng)器通過向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖信號(hào)的方式控制步進(jìn)電機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)機(jī)械手在Y軸方向移動(dòng)。到達(dá)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(xù)向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖信號(hào),促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)機(jī)械手在Y軸方向移動(dòng),將注塑產(chǎn)品放置于皮帶輸送線上,橫走式雙臂單截機(jī)械手復(fù)位。

3結(jié)語

本文主要對(duì)橫走式雙臂單截機(jī)械手在臥式注塑機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行了研究,并對(duì)其中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與機(jī)械手的控制系統(tǒng)展開了詳細(xì)介紹,解決了傳統(tǒng)手工操作危險(xiǎn)、生產(chǎn)效率低等問題,可為注塑領(lǐng)域提供參考借鑒。