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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
  瀏覽次數(shù)：8043  發(fā)布時間：2019年12月17日 10:07:23
[導(dǎo)讀] 生活中高分子材料產(chǎn)品隨處可見，因此各工廠塑料件的生產(chǎn)量十分巨大，為了提高注塑產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與保證操作工人 的安全性，設(shè)計了一種橫走式雙臂單截機(jī)械手，主要利用伺服電機(jī)與氣缸作為驅(qū)動件，滑塊與導(dǎo)軌作為傳動件，能安裝于臥式注塑成型 設(shè)備周邊，實(shí)現(xiàn)自動化抓取注塑產(chǎn)品和水口的功能。
 方嘉煒 (廣東慧航物聯(lián)科技有限公司，廣東 東莞 523000) 
0 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)械自動化生產(chǎn)方式所取代[1]。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)看似簡單，但其專用性很強(qiáng)，需要我們對工作需求 有深入的分析并定制其機(jī)構(gòu)[2]。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)械手自動取塑料件的設(shè)計方案。 

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計 
本文所設(shè)計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軸方向移動的功能。底座連接整個橫走式雙臂單截 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，每個滑軌上設(shè)置兩個滑塊，四個滑塊與橫走基座連 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。 

正臂升降模塊設(shè)置于引拔基座側(cè)方，由一個剛度高、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。 

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)板形成一個活動的三角形， 當(dāng)氣缸伸出時，翻轉(zhuǎn)板底面與水平面平行，當(dāng)氣缸縮回時，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) 
電氣自動化控制技術(shù)在自動化機(jī)械裝備中必不可少，本 文運(yùn)用基于PLC(可編程控制器)的自動化控制方式來控制機(jī) 械手自動上下料。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)，對驅(qū) 動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(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，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， 電磁閥的閥芯改變氣路方向，升降氣缸向下運(yùn)動，到位后升降 氣缸的下限位開關(guān)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(fā)送開關(guān)量信號，電磁閥的閥芯改變 氣路方向，張拔氣缸向左運(yùn)動，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)反饋信號至可編程 控制器。可編程控制器向兩張拔氣缸的電磁閥發(fā)送開關(guān)量信 號 ，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)反饋信號至可編程控 制器。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， 電磁閥的閥芯改變氣路方向，升降氣缸向上運(yùn)動，注塑產(chǎn)品與 水口被移動至上方，升降氣缸的上限位開關(guān)反饋信號至可編 程控制器。可編程控制器向驅(qū)動器發(fā)送脈沖信號，驅(qū)動器通過 向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖信號的方式控制步進(jìn)電機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)， 帶動機(jī)械手在Y軸方向移動。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)動器發(fā)送脈 沖信號，促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動機(jī)械手在Y軸方向移動，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，并對其中的結(jié)構(gòu)設(shè)計與機(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、生產(chǎn)效率低等問題， 可為注塑領(lǐng)域提供參考借鑒。 

[參考文獻(xiàn)] 
[1] 管洋.基于注塑機(jī)的伺服機(jī)械手的研究[D].青島:青島科技 大學(xué)，2013. 
[2] 潘鵬.淺析自動化機(jī)械手的作用及在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用[J].科技 經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019，27(12):63. 
[3] 李春艷.PLC在工業(yè)機(jī)械手中的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)(學(xué)術(shù) 版)，2018，37(9):72-74，136.