基于PLC控制的注塑機專用機械手

目前，市場上流行的注塑機專用機械手就控制系統(tǒng)而言都是使用專用的微處理機加接口組成的最小控制系統(tǒng)。在機械構(gòu)造方面，當定位精度要求不高時采用時規(guī)皮帶傳動，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控制的注塑機專用機械手，充分利用PLC靈活控制的特點，行走部分配置滑線導(dǎo)軌，采用斜齒輪齒條傳動和變頻調(diào)速控制;是一種高性價比的機電一體化設(shè)備。文章分別從機械構(gòu)造和電氣控制兩個層面對該機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。為配合注塑成型產(chǎn)品自動化生產(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，許多注塑機生產(chǎn)廠家將注塑機專用機械手的裝置列入了客戶輔助選用件的范圍。

然而,對于原有注射機而言，絕大多數(shù)都沒有此項裝置，因此，開發(fā)適合注塑機使用的專用輔助機械手，就成了提升廠家產(chǎn)品的競爭力的一種重要手段和必然選擇。

2 行業(yè)狀況

各種類型機械手是自動化生產(chǎn)中必不可少的重要設(shè)備。尤其是在危險場合，在嚴重威脅人們安全和健康的環(huán)境下，采用機械手代替人，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)達的，在國內(nèi)居龍頭地位，在國際上珠三角也有世界工廠之稱。目前，該行業(yè)使用的注射機專用機械手以***生產(chǎn)的居多，如***勁力公司生產(chǎn)的勁力牌機械手、***威得客國際股份有限公司生產(chǎn)的“威得客”W255系列注射機專用機械手,等等。

剖析此類機械手的結(jié)構(gòu)，其電氣控制系統(tǒng)一般均采用微型計算機最小系統(tǒng)或單片機系統(tǒng)，機械手驅(qū)動部分采用氣動驅(qū)動，變頻調(diào)速驅(qū)動和伺服驅(qū)動。在機械構(gòu)造方面采用滑線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)配時規(guī)皮帶傳動，或用滾珠齒輪齒條結(jié)構(gòu)配滑線導(dǎo)軌?？傮w設(shè)計思想，都是盡量采用成熟的控制技術(shù)和機械零件與機構(gòu)搭配而成。

3 基于PLC控制的注塑機專用機械手

上述注塑機專用機械手, 就機械手制造廠家而言, 由于是專用輔助設(shè)備因而售價較高, 尤其用于對原有注塑機的設(shè)備改造上, 經(jīng)濟上似乎“得不償失”之嫌。所謂“高性能價格比”的注塑機專用機械手就成了所有注塑制品生產(chǎn)廠家利用原有注塑機設(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, 并綜合了計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。它的最大特點就是體積小, 功能強, 響應(yīng)速度快，可靠性高?？刂七^程均通過以梯形圖的方式編程。隨時可依生產(chǎn)工藝的不同要求而隨機修改，還具有可擴展性?，F(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)致價格便宜。隨著全球經(jīng)濟一體化進程的加快, 市場競爭導(dǎo)致其價格有進一步下調(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), 通過對話式操作界面，全中文模式，簡單易學。內(nèi)建程序可以隨心所欲的搭配使用, 可自動監(jiān)測故障并紀錄。可隨時修改三個坐標軸的運動參數(shù)及橫行軸變頻調(diào)速器的各項參數(shù)，以滿足產(chǎn)品工藝要求。PLC通過讀取注塑機的開合模信號和頂針信號，通過程序運行從而保證機械手與注塑機工作安全協(xié)調(diào)。

3.2 機電一體化機械傳動模式

在當今技術(shù)更新愈來愈快的時代，誰跟上技術(shù)發(fā)展的腳步，誰就有可能獲得市場。目前，市場上流行的注塑機專用機械手，無一不是沿用上述思路來設(shè)計的。本文將上述思想引伸為一種設(shè)計模式:積木式結(jié)構(gòu)。即將系統(tǒng)中相對獨立的部件，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下，采用最高性能價格比的機構(gòu)予以配置。針對本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，橫行軸采用變頻器馬達配減速機構(gòu)驅(qū)動;上下軸及引拔軸使用氣缸驅(qū)動。在橫行、引拔、上下行走機構(gòu)上均使用進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。綜上所述，高性價比的機械配置加高性價比的控制系統(tǒng)，由此催生了極具市場競爭力的注塑機專用機械手。

根據(jù)上述設(shè)計思想，以O(shè)MRON公司的CPM2AE為例，該型號是專為中國客戶推出的PLC，具有極高的性價比，筆者以此為核心，配上觸摸屏和LG變頻器，再輔以上述機械傳動部件，即構(gòu)成了注塑機專用機械手的硬件部分，而軟件編程則以應(yīng)用工程師十分熟悉的梯行圖語言來編寫，相信也并非難事。該注塑機專用機械手已應(yīng)用于生產(chǎn)。造價較市場上同類型機低近2萬元。

4 結(jié)束語

實踐證明，利用十分成熟的PLC技術(shù)和變頻器調(diào)速技術(shù)以及十分成熟先進的機械傳動構(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)計制造出生產(chǎn)急需的機電一體化設(shè)備。成為在設(shè)備改造、升級，提高產(chǎn)品質(zhì)量，參與市場競爭的有力武器