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一種應用於臥式注塑機的橫走式雙臂單截機械手研究
  瀏覽次數：8045  發布時間：2019年12月17日 10:07:23
[導讀] 生活中高分子材料產品隨處可見，因此各工廠塑料件的生產量十分巨大，為了提高注塑產品的生產效率與保證操作工人 的安全性，設計了一種橫走式雙臂單截機械手，主要利用伺服電機與氣缸作為驅動件，滑塊與導軌作為傳動件，能安裝於臥式注塑成型 設備周邊，實現自動化抓取注塑產品和水口的功能。
 方嘉煒 (廣東慧航物聯科技有限公司，廣東 東莞 523000) 
0 引言 
近幾年來，大多數中小型模具企業由於受到規模小、資金 少等限製，導致生產自動化水平過低，很多企業在生產中還是 采用人工取料方式。但隨著科技的進步與經濟的發展，人工上 下料等方式將逐漸被機械自動化生產方式所取代[1]。運用機械 手取料可降低企業人力成本、提高產品生產效率、保證注塑過 程的安全，消除人工上下料的弊端。雖然從外觀方麵觀察，機 械手的機構看似簡單，但其專用性很強，需要我們對工作需求 有深入的分析並定製其機構[2]。本文提出了一種基於臥式注塑 機的橫走式雙臂單截機械手自動取塑料件的設計方案。 

1 結構設計 
本文所設計的橫走式雙臂單截機械手結構如圖1所示，機 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、步進電機、滑塊與導軌、皮帶組成，實現 機械手在Y軸方向移動的功能。底座連接整個橫走式雙臂單截 機械手與臥式注塑機，皮帶通過皮帶固定塊設置於底座上方， 皮帶的材質為T形齒型鋼絲PU皮，穩定耐用;兩滑軌設置於皮 帶兩邊，每個滑軌上設置兩個滑塊，四個滑塊與橫走基座連 接;配有減速器的步進電機通過安裝板固定於橫走基座，並通 過兩個張緊輪與皮帶連接。 

正臂引拔模塊設置於橫走基座上方，通過兩剛度高、質量 小的鋁合金連接而成;兩滑軌分別設置於兩鋁合金上方，每一 滑軌都設置有滑塊，引拔基座與滑塊連接。氣缸I固定於引拔 基座，並通過固定塊與固定於鋁合金的導柱連接;引拔基座設 置有兩緩衝器，用於緩衝並限定引拔基座在X軸方向上的移動。 

正臂升降模塊設置於引拔基座側方，由一個剛度高、質量 小的鋁合金作為底座，無杆氣缸設置於鋁合金中間;鋁合金上 設置有兩滑塊，與另一設置於另一升降基座的滑軌配合。無杆 氣缸中的滑塊與升降基座連接固定;緩衝器設置於鋁合金側 麵，用於限製升降基座在Z軸方向的移動。 

正臂翻轉模塊設置於升降基座下方，升降基座與翻轉基 座連接。標準氣缸的尾部通過耳環固定架與翻轉基座連接;翻 轉板通過銷軸與翻轉基座連接，標準氣缸的推杆與翻轉板通 過螺釘連接;氣缸、翻轉基座、翻轉板形成一個活動的三角形， 當氣缸伸出時，翻轉板底麵與水平麵平行，當氣缸縮回時，翻 轉板底麵與垂直麵平行。 

副臂引拔模塊的結構與正臂引拔模塊相似，兩者的引拔 基座都設置於相同的滑軌上，兩者的氣缸的推杆末端都固定 於同一連杆。副臂升降模塊的結構與正臂升降模塊相同，兩者 有獨立的活動區域，避免了相互幹涉相撞的問題。副臂夾取模 塊設置於正臂升降模塊的升降基座下方;副臂夾取模塊設置 有水口夾，可將注塑模具中的水口件夾取並移出模具。 

2 機械手控製係統 
電氣自動化控製技術在自動化機械裝備中必不可少，本 文運用基於PLC(可編程控製器)的自動化控製方式來控製機 械手自動上下料。PLC由於具有穩定性強、兼容性強等特點，非 常適合應用於自動化機械設備的控製[3]。機械手控製係統采用 PLC處理中心獲取限位開關和磁性開關等的感應器數據，對驅 動器與電磁閥的控製元件進行控製，控製元件再進一步發送 指令至步進電機與各氣缸等執行元件完成工作。 
整個工作流程的動作邏輯圖如圖2所示。 
 

圖2 動作邏輯圖 

橫走式雙臂單截機械手複位，正臂翻轉模塊與副臂夾取 模塊都在臥式注塑機的上後方，正臂翻轉模塊呈垂直姿態，副 臂夾取模塊呈張開姿態。當臥式注塑機完成注塑後打開防護 門，並向可編程控製器發送信號，可編程控製器向兩升降氣缸 的電磁閥發送開關量信號， 電磁閥的閥芯改變氣路方向，升降氣缸向下運動，到位後升降 氣缸的下限位開關反饋信號至可編程控製器。可編程控製器 向兩張拔氣缸的電磁閥發送開關量信號，電磁閥的閥芯改變 氣路方向，張拔氣缸向左運動，正臂翻轉模塊與副臂夾取模塊 夾取產品和水口，升降氣缸的左限位開關反饋信號至可編程 控製器。可編程控製器向兩張拔氣缸的電磁閥發送開關量信 號 ，電 磁 閥 的 閥 芯 再 次 改 變 氣 路 方 向 ，張 拔 氣 缸 複 位 ，產 品 和 水口脫離模具，升降氣缸的右限位開關反饋信號至可編程控 製器。可編程控製器向兩升降氣缸的電磁閥發送開關量信號， 電磁閥的閥芯改變氣路方向，升降氣缸向上運動，注塑產品與 水口被移動至上方，升降氣缸的上限位開關反饋信號至可編 程控製器。可編程控製器向驅動器發送脈衝信號，驅動器通過 向步進電機發送脈衝信號的方式控製步進電機輸出軸旋轉， 帶動機械手在Y軸方向移動。到達位置後，可編程控製器控製 水口夾張開，放下水口件。可編程控製器繼續向驅動器發送脈 衝信號，促使步進電機旋轉，帶動機械手在Y軸方向移動，將 注塑產品放置於皮帶輸送線上，橫走式雙臂單截機械手複位。 

3結語 
本文主要對橫走式雙臂單截機械手在臥式注塑機的應用 進行了研究，並對其中的結構設計與機械手的控製係統展開 了詳細介紹，解決了傳統手工操作危險、生產效率低等問題， 可為注塑領域提供參考借鑒。 

[參考文獻] 
[1] 管洋.基於注塑機的伺服機械手的研究[D].青島:青島科技 大學，2013. 
[2] 潘鵬.淺析自動化機械手的作用及在現實中的應用[J].科技 經濟導刊，2019，27(12):63. 
[3] 李春豔.PLC在工業機械手中的應用[J].企業技術開發(學術 版)，2018，37(9):72-74，136.