胡旭蘭

(中山市技師學(xué)院，廣東 中山528437)

現(xiàn)有高端注塑機(jī)的合模裝置一般采用液壓直壓式，這種合模裝置，其鎖模機(jī)構(gòu)的4 個(gè)油缸前端分別與動(dòng)模板的四角固定連接，定模板與油缸缸體連接，在動(dòng)模板的下部設(shè)有第一直線導(dǎo)軌，第一直線導(dǎo)軌的滑塊與動(dòng)模板固定連接，通過4 個(gè)油缸推動(dòng)動(dòng)模板來回移動(dòng)，而頂出機(jī)構(gòu)一般采用液壓出料機(jī)構(gòu)。液壓直壓式合模裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，容易造成動(dòng)作不流暢，故障率高(當(dāng)其中1 個(gè)油缸不工作時(shí)，會(huì)影響其他3 個(gè)油缸的工作，并進(jìn)一步影響合模和鎖模)，在移動(dòng)和頂出的過程中需要的時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低;注塑有些塑料制品時(shí)，當(dāng)注塑成型后，制品無法從模具上脫落時(shí)，一般只能采用人工抓取注塑產(chǎn)品，生產(chǎn)效率低下且容易引起安全事故。

為了克服上述問題，筆者設(shè)計(jì)了一種全電動(dòng)多螺桿精密注塑機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、安全性能好、生產(chǎn)效率高、注塑精準(zhǔn)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

全電動(dòng)多螺桿精密注塑機(jī)采用電動(dòng)控制技術(shù)，電控系統(tǒng)采用PLC 自動(dòng)控制，所有驅(qū)動(dòng)模塊全為電動(dòng)式，注塑裝置中的各機(jī)構(gòu)(注射、塑化、計(jì)量和移座等)及合模裝置的各機(jī)構(gòu)(開合模、鎖模、頂出等)全部采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，配以鏈傳動(dòng)等元器件來驅(qū)動(dòng)各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制框圖如圖1 所示。

2 機(jī)床總體布局

全電動(dòng)多螺桿精密注塑機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示，該機(jī)主要由柜體、合模裝置、注射裝置等組成，為門框式結(jié)構(gòu)。合模裝置布置在柜體左上方，氣動(dòng)機(jī)械手設(shè)置在合模裝置上方，注射裝置布置在柜體右上方，合模裝置與注射裝置之間設(shè)置了觸摸屏，合模裝置的動(dòng)模板、防護(hù)門以及觸摸屏都在分側(cè)設(shè)置的直線導(dǎo)軌上滑動(dòng)。柜體內(nèi)置驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)機(jī)械手的超靜音氣泵，水循環(huán)水箱和風(fēng)箱，水箱內(nèi)設(shè)有潛水泵，熔膠系統(tǒng)加溫啟動(dòng)時(shí)潛水泵開始工作，對(duì)需冷卻的高溫部件進(jìn)行恒溫控制，水流經(jīng)過水路和風(fēng)箱后再回到水箱，達(dá)到內(nèi)部自循環(huán)冷卻。這樣的布局可保證機(jī)床具有足夠的剛度，而且系統(tǒng)中采用了高性能的交流伺服電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠以及直線滑動(dòng)導(dǎo)軌，這樣可保證機(jī)床運(yùn)行輕便、靈活平穩(wěn)、節(jié)能，同時(shí)操作方便，并可達(dá)到所需的精度。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 合模裝置設(shè)計(jì)

合模裝置主要包括第一定模板、第二定模板、動(dòng)模板、四根哥林柱、開合模交流伺服電動(dòng)機(jī)、開合模鏈傳動(dòng)裝置、滾珠絲杠副、第二直線導(dǎo)軌副。工作部件如圖3 所示。

開合模電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鏈傳動(dòng)(因扭矩較大，如采用同步帶傳動(dòng)則會(huì)降低機(jī)器壽命)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠帶動(dòng)螺母移動(dòng)，從而使動(dòng)模板在第一定模板和第二定模板之間來回移動(dòng)(動(dòng)模板的下部設(shè)有第二直線導(dǎo)軌，第二直線導(dǎo)軌的滑塊與動(dòng)模板固定連接，動(dòng)模板可在第二直線導(dǎo)軌上來回移動(dòng))。同時(shí)滾珠絲杠的另一端在中孔做伸縮運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滾珠絲杠從中孔中伸出時(shí)，將產(chǎn)品從模具上頂出，被頂出的產(chǎn)品從出料口落出。

采用滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)模板，使動(dòng)模板移動(dòng)的距離更加精確，合模、鎖模更加平順，達(dá)到較高的開合模精準(zhǔn)度。頂出機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠頂出，確保頂出平穩(wěn)可靠，通過變頻器控制，頂出速度可按需調(diào)節(jié);附加回位行程開關(guān)高精密，高敏感模具保護(hù)。直線導(dǎo)軌將傳統(tǒng)往復(fù)滑動(dòng)引導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)引導(dǎo)，提高定位精度，降低機(jī)械造價(jià)并且大幅度節(jié)省電力，可長(zhǎng)時(shí)間維持高精度，同時(shí)平順移動(dòng)可以更好地保護(hù)模具。

極簡(jiǎn)設(shè)計(jì)的合模裝置，合模與頂出動(dòng)作流暢，精密耐用，工作周期短，提高了生產(chǎn)效率。

3.2 機(jī)械手設(shè)計(jì)

全電動(dòng)多螺桿精密注塑機(jī)可選配加裝機(jī)械手。機(jī)械手設(shè)置在合模裝置的上方，包括第一直線導(dǎo)軌副、活動(dòng)板、活動(dòng)板氣缸、立板、旋轉(zhuǎn)氣缸、伸縮氣缸和氣動(dòng)手指，如圖4 所示。

第一直線導(dǎo)軌副的兩端分別與第一定模板和第二定模板的上端連接，活動(dòng)板與第一直線導(dǎo)軌副的滑塊連接，活動(dòng)板氣缸固定在第一定模板的上端，立板與活動(dòng)板固定連接，旋轉(zhuǎn)氣缸固定在立板上，伸縮氣缸通過固定板設(shè)置在旋轉(zhuǎn)氣缸的旋轉(zhuǎn)軸上。

氣動(dòng)手指與伸縮氣缸下端的伸縮軸連接(通過螺紋連接)，氣動(dòng)手指零件圖如圖5 所示。

如圖4 所示的機(jī)械手活動(dòng)氣缸1 驅(qū)動(dòng)活動(dòng)板在第一定模板和第二定模板之間來回移動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械手的水平直線移動(dòng);旋轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)調(diào)整伸縮氣缸的角度，使機(jī)械手可以在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)從而調(diào)整抓取成型件的角度;伸縮氣缸可以根據(jù)要求伸縮，從而調(diào)節(jié)氣動(dòng)手指的長(zhǎng)度。

這樣設(shè)計(jì)的機(jī)械手，其氣動(dòng)手指可多方位抓取成型后的注塑產(chǎn)品，注塑產(chǎn)品的拿取和落料定位準(zhǔn)確，靈活性、穩(wěn)定性較好，提高了操作安全性。

3.3 注射裝置設(shè)計(jì)

全電動(dòng)多螺桿精密注塑機(jī)注射裝置包括傾斜放置熔料組件和水平放置的推注組件。

如圖3 所示，熔料組件包括料斗、熔膠炮筒(內(nèi)置熔膠螺桿)、熔膠電動(dòng)機(jī)。推注組件包括座臺(tái)電動(dòng)機(jī)、座臺(tái)鏈傳動(dòng)裝置、座臺(tái)滾珠絲杠副、滑動(dòng)軸與第一移動(dòng)塊及第二移動(dòng)塊、儲(chǔ)料筒、射出電動(dòng)機(jī)、射出鏈傳動(dòng)裝置、射出滾珠絲杠副、頂桿及絲杠螺母。

熔料組件和推注組件之間設(shè)有單向閥(在連接板內(nèi))，熔料加熱筒一端與料斗連接，另一端與單向閥連接。當(dāng)熔料組件內(nèi)的塑料被熔化后，從單向閥進(jìn)入推注組件的儲(chǔ)料筒內(nèi)，被熔化的塑料將推注組件的頂桿逐漸向后推出。當(dāng)頂桿達(dá)到預(yù)定位置后(通過推注電子尺測(cè)量)，啟動(dòng)射出電動(dòng)機(jī)，射出電動(dòng)機(jī)通過頂桿將被熔化的塑料注入模具內(nèi)，此時(shí)單向閥關(guān)閉。

如圖6 所示，熔膠組件與推注組件分離式設(shè)計(jì)，熔膠射膠互不干涉，且設(shè)計(jì)時(shí)將熔膠螺桿內(nèi)孔直徑大于推注螺桿內(nèi)孔直徑。

溶膠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條帶動(dòng)熔料加熱筒中的溶膠螺桿進(jìn)行溶膠，熔膠螺桿由熔膠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，使熔膠螺桿的運(yùn)動(dòng)控制精準(zhǔn)。

座臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過射臺(tái)鏈條和座臺(tái)滾珠絲杠連接，驅(qū)動(dòng)第一移動(dòng)塊移動(dòng)，從而可以方便調(diào)節(jié)儲(chǔ)料筒的位置。射出電動(dòng)機(jī)通過射出鏈條與射出滾珠絲杠的一端連接，并驅(qū)動(dòng)射出滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使頂桿(射出桿)移動(dòng)。射出電動(dòng)機(jī)通過鏈傳動(dòng)與滾珠絲杠傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)頂桿(射出桿)移動(dòng)，可以更精確地調(diào)節(jié)控制頂桿(射出桿)移動(dòng)的距離，使注射機(jī)構(gòu)的動(dòng)作更加精確。

熔膠組件與推注組件分離式設(shè)計(jì)，使熔膠射膠互不干涉，且設(shè)計(jì)時(shí)將熔膠螺桿內(nèi)孔直徑大于推注螺桿內(nèi)孔直徑，相比同一缸移動(dòng)的傳統(tǒng)注射裝置運(yùn)動(dòng)控制要準(zhǔn)確得多。這種設(shè)計(jì)，使塑料完美混煉和精密射出，高速射出順暢，低速射出穩(wěn)定。

4 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 控制要求

本機(jī)集手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)為動(dòng)作模式的多種控制模式。其工作過程為:扭松急停開關(guān)，按下電源啟動(dòng)開關(guān)，系統(tǒng)啟動(dòng)，此時(shí)可選擇手動(dòng)、半自動(dòng)或自動(dòng)操作模式。

按下“點(diǎn)動(dòng)”按鈕進(jìn)入手動(dòng)模式，按下相應(yīng)的功能按鈕時(shí)，能完成相應(yīng)的操作，此模式一般為調(diào)試模具及維修時(shí)使用;半自動(dòng)模式時(shí)，點(diǎn)擊選擇“半自動(dòng)”按鈕進(jìn)入半自動(dòng)模式，按下控制面板啟動(dòng)按鈕，機(jī)器自動(dòng)運(yùn)行一次，完成一次運(yùn)行后，均需按下控制面板啟動(dòng)開關(guān)，才能繼續(xù)運(yùn)行。點(diǎn)擊“全自動(dòng)”按鈕進(jìn)入全自動(dòng)模式時(shí)，按下控制面板啟動(dòng)按鈕，除非有報(bào)警發(fā)生，否則機(jī)器在循環(huán)結(jié)束后進(jìn)入下一循環(huán)(自動(dòng)模式時(shí)，只需按下啟動(dòng)按鈕，注塑機(jī)就能按照調(diào)定的速度和壓力將相應(yīng)的動(dòng)作進(jìn)行循環(huán)，此模式一般多用在生產(chǎn)階段)。

本機(jī)工作過程分為:起始位置→合?！M(jìn)→注射→保壓延時(shí)→預(yù)塑→整退→開模→頂出→起始位置。其工藝流程如圖7 所示。

4.2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)前述全電動(dòng)多螺桿精密注塑機(jī)的工作過程與控制要求，設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)，控制注塑周期的順序(順序控制)及維持過程溫度、時(shí)間、壓力及速度于設(shè)定值(過程控制)。其硬件結(jié)構(gòu)由人機(jī)界面、注塑機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器、變頻器、溫度控制單元和語音提示單元六個(gè)部分組成。控制系統(tǒng)硬件框圖如8 所示。

4.3 PLC 的I/O 點(diǎn)分配

根據(jù)實(shí)際輸入輸出情況，綜合考慮性價(jià)比，本全電動(dòng)多螺桿精密注塑機(jī)主控制模塊PLC 選用FBs-40MAT2-AC，溫度控制模塊PLC 選用FBs-16YT;24 點(diǎn)24VDC 輸入(4 點(diǎn)10 kHz)，16 點(diǎn)(R/T/S)輸出(4 點(diǎn)10 kHz)，RS232 或USB，不可擴(kuò)充通訊模組。I/O 分配如表1所示。

表1 I/O 地址輸入分配表

4.4 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)全電動(dòng)多螺桿精密注塑機(jī)工藝流程來進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，編程采用WinProladder 軟件，本動(dòng)作程序流程與射膠部分梯形圖分別如圖9、圖10 所示。

5 主要技術(shù)參數(shù)

全電動(dòng)多螺桿精密注塑機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 主要技術(shù)參數(shù)

6 結(jié)語

生產(chǎn)實(shí)踐證明:該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)能(較之于傳統(tǒng)液壓直壓式注塑機(jī)可節(jié)能30% ～60%)、噪音低(比液壓式注塑機(jī)的噪音低10 ～15 dB)、生產(chǎn)效率高(注射速度是一般液壓式注射機(jī)的1 倍左右)、注塑精準(zhǔn)、故障率低。在小型精密注塑件的生產(chǎn)及教學(xué)研究等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

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