鄭森偉，孫德紅

（閩南理工學(xué)院光電與機(jī)電工程學(xué)院，福建 泉州 362700）

0 引言

注塑生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量決定了企業(yè)的效益，而模具的質(zhì)量、注塑成型工藝參數(shù)、模具安裝定位等決定著注塑生產(chǎn)的效率與產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。模具位置的安裝定位對注塑成型的質(zhì)量與成本有很大的影響。進(jìn)行注塑生產(chǎn)前，需要把模具澆注系統(tǒng)主流道中心與噴嘴中心線對中。傳統(tǒng)的模具安裝定位需要依靠技術(shù)工人的經(jīng)驗進(jìn)行反復(fù)多次的挪動與試模才能最終確定模具位置，大大降低了注塑模具安裝效率。由于依靠經(jīng)驗與試模的方法來安裝定位，其中心定位的精度低且波動性較大。當(dāng)中心線偏離較大的時候，經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)容易出現(xiàn)噴嘴注射出來的熔融塑料從模具主流道進(jìn)料口旁跑膠，不僅浪費了材料，而且注射的壓力也出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p失，造成產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷[2]。為此，需要一種能高效實現(xiàn)自動定位模具中心的方法來解決中心定位精度低且波動較大有問題。在移動平臺方面王磊等人提出了可以實現(xiàn)雙方向多工位移動的平臺，并且可以實現(xiàn)自動控制的方案[3]。朱曉東提出了關(guān)于使用吊機(jī)與壓板定位安裝模具的方法[4]。王鈺超提出了PLC控制在模具裝卸上的應(yīng)用[5]。為使模具能平穩(wěn)快速地實現(xiàn)定位，并有較高的精準(zhǔn)度。本研究考慮把模具先放置一平臺上，采用PLC控制平臺移動，通過絲杠傳動實現(xiàn)平臺的自動走位[6]，最后實現(xiàn)模具中心定位的方法。

1 定位平臺與零點定位件

自動定位裝置的平臺主要是為了承載模具，并帶動模具移動調(diào)整位置[7]。整個平臺主要由支撐板和零點定位件組成。不同尺寸的支撐板可以更替使用。不同型號的注塑機(jī)，其拉桿的間距不同。允許裝模的最小模厚不同。注塑機(jī)允許安裝的最小模厚10～20mm，平臺的長度比拉桿間距小10～20mm，運動平臺的結(jié)構(gòu)與所在位置如圖1（a）所示。

平臺上的零點定位器如圖1（b）所示，零點定位器為一條形定位件。其安裝固定在平臺邊上，主要用來與所要安裝的模具對齊。使每套模具放到平臺上后，模具的一邊都能在平臺的固定位置，作為模具的運動起點位置，通過輸入模具的長寬，便可知道模具的中心位置。之后通過移動平臺的移動帶動模具中心，便可使注塑機(jī)噴嘴中心與模具中心在同一條中心線上，最后定位。

圖1 注塑機(jī)自動定位裝置中的運動平臺

2 定位工作原理

自動定位裝置如圖2所示，模具1置于平臺2上，模具緊靠平臺側(cè)邊的零點定位件7，當(dāng)模具在平臺上的位置定好之后，將模具的Y方向尺寸與Z方向尺寸值輸入工作控制面板，如圖3所示。啟動自動定位裝置，系統(tǒng)通過三菱PLC控制Y軸電機(jī)4與Z軸電機(jī)6運轉(zhuǎn)。Y軸電機(jī)控制平臺沿著Y軸方向移動，Z軸電機(jī)控制平臺沿著Z軸方向移動。系統(tǒng)根據(jù)輸入的模具Y，Z方向的尺寸，實時計算模具主流道中心與注塑機(jī)噴嘴中心的Y，Z坐標(biāo)偏差，并在控制面板上顯示。當(dāng)工作控制面板中的模具澆口中心Y與Z顯示為零時，則對準(zhǔn)中心，受控電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，平臺停止運動，完成模具定位。定位工藝流程，如圖4所示。

圖2 注塑機(jī)自動定位裝置

圖3 工作控制面板

圖4 工作流程圖

當(dāng)啟動系統(tǒng)后，根據(jù)模具中心位置偏差，當(dāng)Y，Z方向的位置偏差數(shù)據(jù)非0的時候，PLC中X1，X2始終接通，Y1，Y2始終執(zhí)行，Y軸與Z軸始終運動。當(dāng)Y，Z方向的位置偏差數(shù)據(jù)為0的時候，PLC中X1，X2斷開，Y1，Y2停止工作，Y軸與Z軸停止運動。為防止運動超過行程，設(shè)置有Y，Z方向的限位裝置，當(dāng)Y，Z軸運動超過行程后碰到限位塊，X3，X4斷開，Y，Z軸停止運動。具體三菱PLC的I/O分配，如表1所示。

表1 三菱PLC對中裝置I/O分配表

3 定位實驗分析

人工定位由于受操作人員技術(shù)熟練程度的影響比較大，所以定位精度容易產(chǎn)生波動，需采用多組實驗取平均值?，F(xiàn)使用人工和PLC控制自動定位方法對不同規(guī)格的模具，進(jìn)行多次定位，對定位中心偏差與定位時間取平均值對比。實驗裝置按表2所列的內(nèi)容進(jìn)行。

表2 實驗裝置

圖5為實驗設(shè)備場景圖片，圖5（a）圖為自動定位裝置結(jié)構(gòu)圖，Y軸與Z軸的運動分別由Y軸電機(jī)與Z軸電機(jī)控制。圖5（b）為注塑機(jī)與PLC工作狀態(tài)圖，PLC單獨控制Y，Z軸的運動不與注塑機(jī)聯(lián)機(jī)，當(dāng)模具定位完全并固定后，在啟動注塑機(jī)進(jìn)行工作。圖5（c）圖為自動定位裝置安裝在模具上的位置。

圖5 實驗設(shè)備場景圖

如圖6（a）所示，使用人工定位時，模具越大定位的中心偏差越大。模具尺寸為480mm×480mm×240mm，產(chǎn)生的偏差為35～45μm；模具尺寸為120mm×120mm×150mm，產(chǎn)生的偏差為25～35μm。因此人工定位精度低，穩(wěn)定性差。如圖6（b）所示，自動定位方法，不論模具大小產(chǎn)生的平均偏差基本為12～15μm，因此自動定位相對于人工定位，其定位精度高且穩(wěn)定性好。

圖6 定位誤差

如圖7（a）所示，使用人工定位時，同一套模具定位的平均時間波動不大，但模具越大所需要的定位時間越長。定位的平均時間為4～10min。如圖7（b）所示，自動定位方法，不論模具大小其定位所用的平均時間為2～3min，每一套模具定位時間波動均在0.5min以內(nèi)。因此自動定位比人工定位所需要的時間短。

圖7 自動定位平均時間

平臺運動由PLC控制，并通過信息反饋移動坐標(biāo)位置，因此能實時監(jiān)控模具所在位置，定位精度高且穩(wěn)定。產(chǎn)生的誤差主要由于絲杠的加工與配合誤差造成。只要平臺與主軸能承受載重，定位速度基本一致，且時間比較短。

4 結(jié)論

由PLC控制載有模具的移動平臺進(jìn)行自動定位，可實時監(jiān)控注塑機(jī)噴嘴中心與模具主流道中心的偏移量，其定位精度高，時間短且能適應(yīng)多種型號模具進(jìn)行自動定位，可為企業(yè)注塑生產(chǎn)提高效率，降低成本。