劉宏 許成琳 李博懷

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基于旋轉(zhuǎn)分度模式的多組分注塑機(jī)轉(zhuǎn)盤設(shè)計

劉宏 許成琳 李博懷

（東華機(jī)械有限公司）

多組分注塑機(jī)的難點(diǎn)在于多工位轉(zhuǎn)盤的流道設(shè)計、工位模式識別和運(yùn)動控制。本文采用旋轉(zhuǎn)分度模式，結(jié)合多個距離傳感器融合工位信息，設(shè)計多物料注塑的多工位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)，設(shè)計分別對應(yīng)二、三、四組分注塑加工的180°、120°和90°旋轉(zhuǎn)分度模式一體化的轉(zhuǎn)盤。試驗結(jié)果表明：該轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)具備啟停平穩(wěn)、旋轉(zhuǎn)快速、角度到位精準(zhǔn)、重復(fù)性高、節(jié)能降耗、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。

注塑機(jī)；多工位轉(zhuǎn)盤；旋轉(zhuǎn)分度

0 前言

當(dāng)前，常見的多物料注塑機(jī)轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)一般使用液壓馬達(dá)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，不僅能量損失多，響應(yīng)速度慢，且控制精度和生產(chǎn)效率低[1]。一般的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)通常只有2個旋轉(zhuǎn)工位[2-4]，適用2種物料組分的塑料制品生產(chǎn)，難以滿足近年來用戶市場逐步提高的3種、4種乃至更多材料種類的塑料制品生產(chǎn)的需求[4]。多物料注塑機(jī)的難點(diǎn)在于多工位轉(zhuǎn)盤的流道設(shè)計、工位模式識別和運(yùn)動控制[5]。采用旋轉(zhuǎn)分度模式、結(jié)合多個距離傳感器融合工位信息，可實現(xiàn)工位分度模式的轉(zhuǎn)盤設(shè)計。

1 轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)分度模式機(jī)理

多物料注塑機(jī)轉(zhuǎn)盤通過旋轉(zhuǎn)改變內(nèi)部流道，實現(xiàn)不同種類物料進(jìn)入模具內(nèi)成型[6]。采用旋轉(zhuǎn)分度的機(jī)理，在轉(zhuǎn)盤的圓周邊緣設(shè)置檢測凹孔，并設(shè)置多個距離傳感器配合，實現(xiàn)工位信息檢測。

2~4工位轉(zhuǎn)盤及其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計圖如圖1所示。將轉(zhuǎn)盤分為2層，在后層203中設(shè)置4個檢測凹孔212、214、215、217，與1個距離感應(yīng)傳感器9C（見圖2）配合作用，實現(xiàn)物料盤的2、3工位分度模式；在首層204中設(shè)置檢測凹孔210、211、213、216，與2個距離感應(yīng)傳感器9A、9B（見圖2）配合作用，實現(xiàn)工位信號檢測，其檢測配合作用互不干擾。

圖1 2~4工位轉(zhuǎn)盤及其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

多工位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)3D模型如圖2所示，在插銷15處，設(shè)置感應(yīng)開關(guān)M和N，分別用于檢測插銷的退回和伸出。當(dāng)插銷退回時，轉(zhuǎn)盤被開鎖，可旋轉(zhuǎn)；當(dāng)插銷伸出插入到插槽8（E,F,G,H）的內(nèi)斜面中，轉(zhuǎn)盤被上鎖止動，不可旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)盤圓周邊緣設(shè)置呈特定角度分布感應(yīng)開關(guān)9（A,B,C），其檢測信號經(jīng)邏輯組合，用于回饋判斷相應(yīng)的轉(zhuǎn)盤角度位置。當(dāng)開關(guān)9（A,B,C）感應(yīng)到金屬物質(zhì)時，獲得數(shù)字感應(yīng)信號1；當(dāng)開關(guān)9對準(zhǔn)凹孔（即感應(yīng)不到金屬物質(zhì)）時，獲得數(shù)字信號0。

多工位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)信號-狀態(tài)表如表1所示，可以看出，在0（360o）、120o、180o、240o的特定角度位置，開關(guān)（A,B,C）的信號組合是唯一、不重復(fù)的。對其余非特定角度出現(xiàn)的重復(fù)信號組合，控制電腦的程序設(shè)定將其視作雜質(zhì)信號過濾掉，不對特定角度的回饋判定產(chǎn)生影響。

圖2 多工位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)3D模型

表1 多工位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)信號-狀態(tài)表

本機(jī)構(gòu)設(shè)計了2種分度模式，二工位180o旋轉(zhuǎn)分度模式，即0o→180o→0o旋轉(zhuǎn)分度的動作循環(huán)；三工位120o旋轉(zhuǎn)分度模式，即0o→120o→240o→0o旋轉(zhuǎn)分度的動作循環(huán)，有0o、120o、180o、240o4個工作位。

2 試驗

按表1信號-狀態(tài)表，選擇以0°→120°→240°→360°作為一個循環(huán)3分度，設(shè)計3工位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)。多工位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)實物圖如圖3所示。下面以本轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)左轉(zhuǎn)完成0°→120°基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)分度動作為例，具體說明轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的動作控制模式。

圖3 多工位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)實物圖

伺服驅(qū)動器接收來自控制電腦的目標(biāo)指令，通過模塊程序轉(zhuǎn)換，輸出PID控制模擬量給伺服電機(jī)，使其作啟動、加速、穩(wěn)速、減速、停止的旋轉(zhuǎn)動作，同時伺服電機(jī)的編碼器脈沖信號回饋到控制電腦，用于判定電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中所處的角位置，由此組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，表現(xiàn)出如圖4所示的具備斜升斜降在速度拐點(diǎn)處平滑變速的運(yùn)行曲線，對應(yīng)于整個轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)，即表現(xiàn)出在啟停、加減速時平穩(wěn)變速、無沖擊。

圖4 轉(zhuǎn)盤運(yùn)行曲線

3 結(jié)語

本轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)采用伺服驅(qū)動技術(shù)，響應(yīng)快速、控制精準(zhǔn)；設(shè)置上鎖止動裝置，保護(hù)機(jī)構(gòu)的安全，提高使用壽命；設(shè)計2種旋轉(zhuǎn)分度模式，根據(jù)模具設(shè)計的模式和注塑生產(chǎn)的工藝等條件因素，按需選用，為客戶提供多工位多模式的使用選擇；將轉(zhuǎn)盤的4個定位插槽設(shè)置為90o均勻分布，又可得到一種新的多工位轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)；當(dāng)客戶模具與注塑工藝配合設(shè)計時，該轉(zhuǎn)盤還可實現(xiàn)4工位分度模式。該機(jī)構(gòu)提供一種伺服動力多工位轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)分度結(jié)構(gòu)和控制方案，具有啟停平穩(wěn)、旋轉(zhuǎn)快速、角度到位精準(zhǔn)、重復(fù)性高、節(jié)能降耗、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。

[1] 章錦雷,何挺.雙色注塑機(jī)轉(zhuǎn)盤控制方法分析和研究[J].橡塑技術(shù)與裝備,2015,41(8):29-32.

[2] 王玨,袁衛(wèi)明,黃慶達(dá),等.高效節(jié)能雙組份注塑系統(tǒng)及設(shè)備開發(fā)[J].輕工機(jī)械,2014,32(3):1-5,12.

[3] 范有發(fā),肖雪清.控制開關(guān)面板雙色注射模設(shè)計[J].工程塑料應(yīng)用,2012,40(1):51-54.

[4] 南瑞亭.LCD后背板的注射成型參數(shù)正交優(yōu)化設(shè)計[J].自動化與信息工程,2011,32(2):43-44,48.

[5] 趙浩杰,鄭良.轉(zhuǎn)盤式多組分注塑機(jī)轉(zhuǎn)盤側(cè)傾問題及優(yōu)化措施探討[J].冶金叢刊,2016(4):95+98.

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An Indexing Rotary Mode Based on Multi-Component Rotary Table for Injection Molding Machine Design

Liu Hong Xu Chenglin Li Bohuai

(Donghua Machinery Co., Ltd.)

The difficulty of multi-component injection molding machine lies in the design of multi-station rotary table, station pattern recognition, and motion control. An indexing rotary mode was propose to design multi-stationrotary mechanism for multi-material injection molding, combined with multiple distance sensor fusion workstation information. The rotary table with 180 DEG, 120 DEG and 90 DEG rotary indexing mode corresponding to the injection molding of 2, 3, or 4 components is designed. The results shows, the turntable mechanism has the characteristics of smooth start and stop, fast rotation, accurate angle, high repeatability, energy saving and high efficiency.

Injection Molding Machine; Multi-Component Rotary Table; Indexing Rotary

劉宏，男，1983年生，本科，工程師，主要從事注塑機(jī)設(shè)計工作。

許成琳，男，1981年生，本科，主要從事注塑機(jī)設(shè)計工作。

李博懷，男，1983年生，本科，主要從事注塑機(jī)設(shè)計工作。