基于PLC控制的注塑機專用機械手

目前，市場上流行的注塑機專用機械手就控制系統而言都是使用專用的微處理機加接口組成的最小控制系統。在機械構造方面，當定位精度要求不高時采用時規皮帶傳動，行走部分配置滑線導軌，由變頻調速器調速控制。本文提出一種基于PLC控制的注塑機專用機械手，充分利用PLC靈活控制的特點，行走部分配置滑線導軌，采用斜齒輪齒條傳動和變頻調速控制;是一種高性價比的機電一體化設備。文章分別從機械構造和電氣控制兩個層面對該機作了較為完整的論述。

1 引言

在塑膠制品中，以制品的加工方法不同來分類，主要可以分為四大類。一為注塑成型產品;二為吹塑成型產品;三為擠出成型產品;四為壓延成型產品。其中應用面最廣、品種最多、精密度最高的，當數注塑成品產品類，小到日常生活用品中的鍋瓢碗盞、兒童玩具，大到精密工業設備上的零部件，隨著各種高分子新材料的不斷涌現，許多金屬零部件亦有不斷被這些新材料逐步取代的趨勢。為配合注塑成型產品自動化生產要求，為保證制品的高品質高效率，必須盡量減少人工的干預，基于上述思想，許多注塑機生產廠家將注塑機專用機械手的裝置列入了客戶輔助選用件的范圍。

然而,對于原有注射機而言，絕大多數都沒有此項裝置，因此，開發適合注塑機使用的專用輔助機械手，就成了提升廠家產品的競爭力的一種重要手段和必然選擇。

2 行業狀況

各種類型機械手是自動化生產中必不可少的重要設備。尤其是在危險場合，在嚴重威脅人們安全和健康的環境下，采用機械手代替人，具有十分重要的意義。

珠江三角洲地區塑膠工業是十分發達的，在國內居龍頭地位，在國際上珠三角也有世界工廠之稱。目前，該行業使用的注射機專用機械手以***生產的居多，如***勁力公司生產的勁力牌機械手、***威得客國際股份有限公司生產的“威得客”W255系列注射機專用機械手,等等。

剖析此類機械手的結構，其電氣控制系統一般均采用微型計算機最小系統或單片機系統，機械手驅動部分采用氣動驅動，變頻調速驅動和伺服驅動。在機械構造方面采用滑線導軌結構配時規皮帶傳動，或用滾珠齒輪齒條結構配滑線導軌?？傮w設計思想，都是盡量采用成熟的控制技術和機械零件與機構搭配而成。

3 基于PLC控制的注塑機專用機械手

上述注塑機專用機械手, 就機械手制造廠家而言, 由于是專用輔助設備因而售價較高, 尤其用于對原有注塑機的設備改造上, 經濟上似乎“得不償失”之嫌。所謂“高性能價格比”的注塑機專用機械手就成了所有注塑制品生產廠家利用原有注塑機設備提升產品質量的重要選擇和最大需求。

3.1 以PLC為核心的控制系統

PLC是一種以微處理器為核心, 并綜合了計算機技術，自動控制技術和通信技術而發展起來的一種新型工業自動控制裝置。它的最大特點就是體積小, 功能強, 響應速度快，可靠性高?？刂七^程均通過以梯形圖的方式編程。隨時可依生產工藝的不同要求而隨機修改，還具有可擴展性?，F在由于PLC均由世界上有名的電氣控制設備制造商專業化研究開發和批量生產, 故由于生產成本低而導致價格便宜。隨著全球經濟一體化進程的加快, 市場競爭導致其價格有進一步下調的空間, 為各行業上廣泛采用此種控制系統提供了有利條件。其控制系統原理圖如圖1所示。

圖1 PLC控制系統框圖

圖中人機界面亦采用技術上及工藝上均已十分熟悉的5.7"單色觸摸屏, 采用手持式結構, 通過對話式操作界面，全中文模式，簡單易學。內建程序可以隨心所欲的搭配使用, 可自動監測故障并紀錄。可隨時修改三個坐標軸的運動參數及橫行軸變頻調速器的各項參數，以滿足產品工藝要求。PLC通過讀取注塑機的開合模信號和頂針信號，通過程序運行從而保證機械手與注塑機工作安全協調。

3.2 機電一體化機械傳動模式

在當今技術更新愈來愈快的時代，誰跟上技術發展的腳步，誰就有可能獲得市場。目前，市場上流行的注塑機專用機械手，無一不是沿用上述思路來設計的。本文將上述思想引伸為一種設計模式:積木式結構。即將系統中相對獨立的部件，在滿足系統工藝要求的前提下，采用最高性能價格比的機構予以配置。針對本系統的結構，橫行軸采用變頻器馬達配減速機構驅動;上下軸及引拔軸使用氣缸驅動。在橫行、引拔、上下行走機構上均使用進口的高剛型線性滑軌。上下行軸及引拔軸裝配支座均使用市售高剛型的鋁合金型材，橫行軸采用斜齒輪齒條傳動。綜上所述，高性價比的機械配置加高性價比的控制系統，由此催生了極具市場競爭力的注塑機專用機械手。

根據上述設計思想，以OMRON公司的CPM2AE為例，該型號是專為中國客戶推出的PLC，具有極高的性價比，筆者以此為核心，配上觸摸屏和LG變頻器，再輔以上述機械傳動部件，即構成了注塑機專用機械手的硬件部分，而軟件編程則以應用工程師十分熟悉的梯行圖語言來編寫，相信也并非難事。該注塑機專用機械手已應用于生產。造價較市場上同類型機低近2萬元。

4 結束語

實踐證明，利用十分成熟的PLC技術和變頻器調速技術以及十分成熟先進的機械傳動構件，采用積木式架構，應用工程師就可以迅速地為企業設計制造出生產急需的機電一體化設備。成為在設備改造、升級，提高產品質量，參與市場競爭的有力武器