許成琳 袁全能

?

基于AS的旋轉(zhuǎn)式注塑機(jī)模具控制

許成琳 袁全能

（東華機(jī)械有限公司）

利用含旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的模具代替轉(zhuǎn)盤實(shí)現(xiàn)多物料產(chǎn)品生產(chǎn)，是目前小型注塑機(jī)的重要需求之一。在分析內(nèi)旋轉(zhuǎn)模具工作機(jī)理和控制要求的基礎(chǔ)上，提煉控制過程中的運(yùn)動互鎖、狀態(tài)—運(yùn)動鎖定方程；利用限位開關(guān)延時監(jiān)測托盤、回盤、轉(zhuǎn)盤的到位狀態(tài)，采用Automation Studio軟件平臺編寫非標(biāo)模具動作要求。經(jīng)試驗(yàn)：整個生產(chǎn)周期僅需4.1 s，合格品率達(dá)100%，可實(shí)現(xiàn)安全、可靠、高效的注塑機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)模具控制。

注塑機(jī)；模具控制

0 前言

典型注塑機(jī)需要配合多工位轉(zhuǎn)盤實(shí)現(xiàn)2種乃至多種不同組分塑料原材料送入模具內(nèi)部[1]，從而制備生產(chǎn)多色產(chǎn)品[2]。目前，部分注塑機(jī)使用內(nèi)含旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的模具[3]，這種注塑機(jī)利用型芯實(shí)現(xiàn)模具的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，不需外配轉(zhuǎn)盤，達(dá)到多組分產(chǎn)品的制備[4]?；谧⑺軝C(jī)控制程序開發(fā)內(nèi)旋轉(zhuǎn)式模具控制程序，并利用Automation Studio軟件平臺，編寫非標(biāo)模具控制程序。

1 內(nèi)旋轉(zhuǎn)模具工作機(jī)理及控制需求

注塑機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)模具3D模型如圖1所示，可以看出前、后模正前方分別設(shè)置1組驅(qū)動托盤和回盤的油缸；前、后模正下方分別設(shè)置1組驅(qū)動內(nèi)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的油缸；成型產(chǎn)品處有頂針，在產(chǎn)品成型后將產(chǎn)品頂落。

內(nèi)旋模具工作流程：開?！_模到位→頂針退→頂針退到位→前后模托盤→托盤到位→轉(zhuǎn)盤左轉(zhuǎn)→左轉(zhuǎn)到位→前后?；乇P→回盤到位→合模→注射（主副）→開?！_模到位→頂針前→頂針退到位→前后模托盤→托盤到位→轉(zhuǎn)盤右轉(zhuǎn)→右轉(zhuǎn)到位→前后?；乇P→回盤到位→合?！h(huán)執(zhí)行。主要控制的動作有合模、分模、托盤、回盤、旋轉(zhuǎn)和頂針等。為保證內(nèi)旋轉(zhuǎn)模具運(yùn)行的可靠性，在托盤、回盤、轉(zhuǎn)盤和頂針4個動作之間應(yīng)設(shè)計互鎖條件：

1)托盤、回盤、轉(zhuǎn)盤和頂針動作必須獨(dú)立進(jìn)行，不可同時進(jìn)行；

2)托盤未到位，不可以轉(zhuǎn)盤；

3)轉(zhuǎn)盤未到位，不可以回盤；

4)回盤未到位，不可以頂針；

5)回盤到位，不可以轉(zhuǎn)盤；

6)頂針未到位，不可以托盤、轉(zhuǎn)盤。

其中，托盤和回盤到位使用限位開關(guān)或延時檢測；轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到位使用限位開關(guān)檢測；頂針到位使用限位開關(guān)或電子尺檢測。

圖1 注塑機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)模具3D模型

在注塑機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，必須滿足互鎖條件：

其中，式(1)為動作互鎖控制方程，實(shí)現(xiàn)托盤、轉(zhuǎn)盤、回盤和頂針4個動作互鎖；式(2)為狀態(tài)—動作鎖定控制方程，實(shí)現(xiàn)2)~6)的鎖定條件。

表1為主要控制動作狀態(tài)與檢測方法表。

表1　主要控制動作狀態(tài)與檢測方法表 物理量狀態(tài)檢測方法 S1頂針動作讀取注塑機(jī)控制狀態(tài) S2托盤動作 S3轉(zhuǎn)盤動作 S4回盤動作 S5托盤到位限位開關(guān)、延時 S6轉(zhuǎn)盤左轉(zhuǎn)到位限位開關(guān)、延時 S7轉(zhuǎn)盤右轉(zhuǎn)到位限位開關(guān)、延時 S8回盤到位限位開關(guān)、延時 S9頂針到位限位開關(guān)或電子尺

2 內(nèi)旋轉(zhuǎn)模具控制程序設(shè)計

Automation Studio是集成化的軟件開發(fā)環(huán)境，其中包含所有項(xiàng)目階段需要的工具?？刂破?、驅(qū)動器、通信和顯示都可以在一個環(huán)境中完成配置。所有語言都能訪問相同的數(shù)據(jù)類型，并使用相同的庫和變量，減少了集成時間和維護(hù)成本。

2.1 步進(jìn)模式軟件

由于操作面板上的按鍵資源有限，所以將托盤和左右轉(zhuǎn)盤使用2個按鍵控制。按下時分別令=0或1。當(dāng)=0時要執(zhí)行轉(zhuǎn)盤動作；當(dāng)=1時要執(zhí)行托盤或回盤動作。使用脈沖信號可避免多次執(zhí)行動作程序。

轉(zhuǎn)盤左轉(zhuǎn)且沒有其他動作時，自鎖執(zhí)行轉(zhuǎn)盤左轉(zhuǎn)，如果發(fā)現(xiàn)頂針未退到位、托盤未到位、轉(zhuǎn)盤左轉(zhuǎn)到位，則斷開手動輸出。讀取執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動信號1~4，按式(1)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的互鎖。

此處的保護(hù)包括頂針需要回退到位才可以托盤、回盤和轉(zhuǎn)盤，以及機(jī)器模板的安全保護(hù)。利用式(2)可實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)的動作鎖定。

2.2 自動控制流程

根據(jù)全自動流程：轉(zhuǎn)盤當(dāng)前周期如果左轉(zhuǎn)，則下個周期就需右轉(zhuǎn)，左右不斷交叉循環(huán)，可利用奇數(shù)周期轉(zhuǎn)盤左轉(zhuǎn)，偶數(shù)周期轉(zhuǎn)盤右轉(zhuǎn)。全自動每完成一個周期自動+1。若中途切換成手動模式，則判斷左轉(zhuǎn)到位還是右轉(zhuǎn)到位。左轉(zhuǎn)到位賦值為0，否則賦值為1。

注塑機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)模具AS控制軟件界面如圖2所示，具有手動控制和自動控制功能?？梢岳孟尬婚_關(guān)、延時監(jiān)測托盤、回盤、轉(zhuǎn)盤的到位狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)安全可靠的注塑機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)模具控制。

圖2 注塑機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)模具AS控制軟件界面

此程序和模具應(yīng)用于SEII，并在2016年哥倫比亞橡塑展覽會上，配合機(jī)器人現(xiàn)場生產(chǎn)二腔無線路由器殼體，整個生產(chǎn)周期僅需4.1 s，合格品率達(dá)100%。

圖3 SEII內(nèi)旋轉(zhuǎn)式注塑機(jī)

3 結(jié)語

在注塑機(jī)控制程序的基礎(chǔ)上，分析模具工作機(jī)理，利用第三方平臺提供的控制器、驅(qū)動器、通信和顯示集成開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)定制化模具控制程序，達(dá)到安全可靠、高效運(yùn)轉(zhuǎn)效果。

[1] 張倫玠,黃麗,彭李.全閉環(huán)控制注塑機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 機(jī)床與液壓,2016,44(21):85-88.

[2] 趙志剛.DCS新型配方批量控制應(yīng)用的研究與實(shí)現(xiàn)[J].自動化與信息工程,2016,37(1):33-36,48.

[3] 王傳齊,孔令成,孫鵬,等.低成本單伺服注塑機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計[J].測控技術(shù),2016,35(6):82-85,89.

[4] 王錦紅.注塑機(jī)實(shí)現(xiàn)PLC機(jī)械控制改造的研究[J].塑料工業(yè),2016,44(6):73-76.

[5] 李麗麗,林明勇,曹永軍,等.3自由度高速Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與信息工程,2016,37(2):25-28,35.

[6] 趙一心.基于模糊自適應(yīng)PID注塑機(jī)電控系統(tǒng)研究[J].塑料工業(yè),2016,44(8):58-62.

[7] 李江源,劉知貴,羅亮,等.基于AMESim和LabVIEW的注塑機(jī)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造,2016 (2):255-257,262.

AS-based for Molding Control of Rotary Injection Molding Machine

Xu Chenglin Yuan Quanneng

(Donghua Machinery Co., Ltd.)

Replacing the rotary table with the revolving mould, to produce multi-material plastics products, is main research field of small injection molding machine. A motion interlock, state motion locking equation were put forward by analyzing working principle and control requirements of internal rotary mould. The tray, plate, and rotary table states were recognize by position limit switch and time delay monitoring. The molding control program was designed under Automation Studio platform, and applying in SEII Rotary Injection Molding Machine of Donghua Machinery Co., Ltd.. In 2016 Columbia exhibition site with rubber robot produced two cavity shell wireless router, the whole production cycle just need 4.1 seconds, qualified rate is 100%. The method made safe , reliable, and efficient internal rotary mould control come true.

Injection Molding Machine; Mold Control

許成琳，男，1981年生，本科，主要從事注塑機(jī)電氣設(shè)計及自動化設(shè)計工作。