一種全電動多螺桿精密注塑機

2015-04-25 05:14:24胡旭蘭

制造技術與機床 2015年9期

胡旭蘭

(中山市技師學院，廣東中山528437)

現有高端注塑機的合模裝置一般采用液壓直壓式，這種合模裝置，其鎖模機構的4 個油缸前端分別與動模板的四角固定連接，定模板與油缸缸體連接，在動模板的下部設有第一直線導軌，第一直線導軌的滑塊與動模板固定連接，通過4 個油缸推動動模板來回移動，而頂出機構一般采用液壓出料機構。液壓直壓式合模裝置結構復雜，成本高，容易造成動作不流暢，故障率高(當其中1 個油缸不工作時，會影響其他3 個油缸的工作，并進一步影響合模和鎖模)，在移動和頂出的過程中需要的時間較長，生產效率低;注塑有些塑料制品時，當注塑成型后，制品無法從模具上脫落時，一般只能采用人工抓取注塑產品，生產效率低下且容易引起安全事故。

為了克服上述問題，筆者設計了一種全電動多螺桿精密注塑機，其結構簡單、成本低、安全性能好、生產效率高、注塑精準。

1 總體方案設計

全電動多螺桿精密注塑機采用電動控制技術，電控系統采用PLC 自動控制，所有驅動模塊全為電動式，注塑裝置中的各機構(注射、塑化、計量和移座等)及合模裝置的各機構(開合模、鎖模、頂出等)全部采用電動機驅動，配以鏈傳動等元器件來驅動各個機構的運動。各運動機構的控制框圖如圖1 所示。

2 機床總體布局

全電動多螺桿精密注塑機的總體結構如圖2 所示，該機主要由柜體、合模裝置、注射裝置等組成，為門框式結構。合模裝置布置在柜體左上方，氣動機械手設置在合模裝置上方，注射裝置布置在柜體右上方，合模裝置與注射裝置之間設置了觸摸屏，合模裝置的動模板、防護門以及觸摸屏都在分側設置的直線導軌上滑動。柜體內置驅動氣動機械手的超靜音氣泵，水循環水箱和風箱，水箱內設有潛水泵，熔膠系統加溫啟動時潛水泵開始工作，對需冷卻的高溫部件進行恒溫控制，水流經過水路和風箱后再回到水箱，達到內部自循環冷卻。這樣的布局可保證機床具有足夠的剛度，而且系統中采用了高性能的交流伺服電動機、滾珠絲杠以及直線滑動導軌，這樣可保證機床運行輕便、靈活平穩、節能，同時操作方便，并可達到所需的精度。

3 機械結構設計

3.1 合模裝置設計

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

開合模電動機轉動，通過鏈傳動(因扭矩較大，如采用同步帶傳動則會降低機器壽命)驅動滾珠絲杠轉動，滾珠絲杠帶動螺母移動，從而使動模板在第一定模板和第二定模板之間來回移動(動模板的下部設有第二直線導軌，第二直線導軌的滑塊與動模板固定連接，動模板可在第二直線導軌上來回移動)。同時滾珠絲杠的另一端在中孔做伸縮運動，當滾珠絲杠從中孔中伸出時，將產品從模具上頂出，被頂出的產品從出料口落出。

采用滾珠絲杠驅動模板，使動模板移動的距離更加精確，合模、鎖模更加平順，達到較高的開合模精準度。頂出機構采用電動機帶動滾珠絲杠頂出，確保頂出平穩可靠，通過變頻器控制，頂出速度可按需調節;附加回位行程開關高精密，高敏感模具保護。直線導軌將傳統往復滑動引導轉變為滾動引導，提高定位精度，降低機械造價并且大幅度節省電力，可長時間維持高精度，同時平順移動可以更好地保護模具。

極簡設計的合模裝置，合模與頂出動作流暢，精密耐用，工作周期短，提高了生產效率。

3.2 機械手設計

全電動多螺桿精密注塑機可選配加裝機械手。機械手設置在合模裝置的上方，包括第一直線導軌副、活動板、活動板氣缸、立板、旋轉氣缸、伸縮氣缸和氣動手指，如圖4 所示。

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

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

如圖4 所示的機械手活動氣缸1 驅動活動板在第一定模板和第二定模板之間來回移動，從而帶動機械手的水平直線移動;旋轉氣缸旋轉調整伸縮氣缸的角度，使機械手可以在豎直平面內旋轉從而調整抓取成型件的角度;伸縮氣缸可以根據要求伸縮，從而調節氣動手指的長度。

這樣設計的機械手，其氣動手指可多方位抓取成型后的注塑產品，注塑產品的拿取和落料定位準確，靈活性、穩定性較好，提高了操作安全性。

3.3 注射裝置設計

全電動多螺桿精密注塑機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(內置熔膠螺桿)、熔膠電動機。推注組件包括座臺電動機、座臺鏈傳動裝置、座臺滾珠絲杠副、滑動軸與第一移動塊及第二移動塊、儲料筒、射出電動機、射出鏈傳動裝置、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有單向閥(在連接板內)，熔料加熱筒一端與料斗連接，另一端與單向閥連接。當熔料組件內的塑料被熔化后，從單向閥進入推注組件的儲料筒內，被熔化的塑料將推注組件的頂桿逐漸向后推出。當頂桿達到預定位置后(通過推注電子尺測量)，啟動射出電動機，射出電動機通過頂桿將被熔化的塑料注入模具內，此時單向閥關閉。

如圖6 所示，熔膠組件與推注組件分離式設計，熔膠射膠互不干涉，且設計時將熔膠螺桿內孔直徑大于推注螺桿內孔直徑。

溶膠電動機驅動鏈條帶動熔料加熱筒中的溶膠螺桿進行溶膠，熔膠螺桿由熔膠電動機驅動，使熔膠螺桿的運動控制精準。

座臺電動機通過射臺鏈條和座臺滾珠絲杠連接，驅動第一移動塊移動，從而可以方便調節儲料筒的位置。射出電動機通過射出鏈條與射出滾珠絲杠的一端連接，并驅動射出滾珠絲杠轉動，從而使頂桿(射出桿)移動。射出電動機通過鏈傳動與滾珠絲杠傳動驅動頂桿(射出桿)移動，可以更精確地調節控制頂桿(射出桿)移動的距離，使注射機構的動作更加精確。

熔膠組件與推注組件分離式設計，使熔膠射膠互不干涉，且設計時將熔膠螺桿內孔直徑大于推注螺桿內孔直徑，相比同一缸移動的傳統注射裝置運動控制要準確得多。這種設計，使塑料完美混煉和精密射出，高速射出順暢，低速射出穩定。

4 PLC 控制系統設計

4.1 控制要求

本機集手動、半自動、全自動為動作模式的多種控制模式。其工作過程為:扭松急停開關，按下電源啟動開關，系統啟動，此時可選擇手動、半自動或自動操作模式。

按下“點動”按鈕進入手動模式，按下相應的功能按鈕時，能完成相應的操作，此模式一般為調試模具及維修時使用;半自動模式時，點擊選擇“半自動”按鈕進入半自動模式，按下控制面板啟動按鈕，機器自動運行一次，完成一次運行后，均需按下控制面板啟動開關，才能繼續運行。點擊“全自動”按鈕進入全自動模式時，按下控制面板啟動按鈕，除非有報警發生，否則機器在循環結束后進入下一循環(自動模式時，只需按下啟動按鈕，注塑機就能按照調定的速度和壓力將相應的動作進行循環，此模式一般多用在生產階段)。

本機工作過程分為:起始位置→合模→整進→注射→保壓延時→預塑→整退→開模→頂出→起始位置。其工藝流程如圖7 所示。

4.2 硬件設計

根據前述全電動多螺桿精密注塑機的工作過程與控制要求，設計其控制系統，控制注塑周期的順序(順序控制)及維持過程溫度、時間、壓力及速度于設定值(過程控制)。其硬件結構由人機界面、注塑機運動控制器、變頻器、溫度控制單元和語音提示單元六個部分組成。控制系統硬件框圖如8 所示。

4.3 PLC 的I/O 點分配

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