0    引言

        立式注塑机械手是为注塑生产自动化专门配备的机械,能够大幅度地提高生产率和降低生产成本,能够稳定和提高注塑产品的品质,避免因人为的操作失误而造成的损失。因此,立式注塑机械手在注塑生产中的作用变得越来越重要。

1    机械手的系统构成

        立式注塑机械手的组成一般由执行系统、驱动系统、控制系统、位置检测系统等组成。

        执行和驱动系统主要是为了完成机械手手臂的正常功能而设计,通过气动或液压动力来驱动机械部件的运转,最终达到取物放物的功能。

        控制系统则是立式注塑机械手的核心,通过对驱动系统进行控制,使执行系统按照预定的工艺进行操作。

        位置检测装置主要用于控制机械手的运动位置,并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统,与设定的位置进行比较,再通过控制系统进行调整,以达到所需的精度控制。

2    机械手的工作原理、工作过程和控制要求

        典型机械手工作流程。机械手行走的距离即是机械手的行程,行程大小与部件尺寸、下降位置和机器形状有关系。这个距离通常按三轴定义,为方便说明,本文采用x,y和z三轴来定义。

        x轴:操作者面向机械手时,左右行走的方向。这一方向的行走距离称为反冲行程,行程大小与工件厚度有关。

        y轴:指前后来回移动方向。该行程是为越过机器放下工件而设定。

        z轴:这个距离定义为垂直行程,是由机器高度和所需下降高度所决定的。机械手该方向行程必须足够的高,以使机械手上下运动时工件能越过机器;同时行程也必须足够的低以使机械手能在离地面合理的高度上放下工件。

        一个标准的工作循环包含了13个基本动作。对于不同的情况,机械手的工作方式需要有多种选择以应对工作要求的变化。

        根据机械手的现场实际工作情况,程序必须考虑以下几种功能:1)自动运行和手动运行两种基本工作模式;2)程序还必须提供回原点的功能;3)为了便于机械手动作的单步调试,程序必须提供单步运行的功能;4)为了配合立式注塑机工作的某些特殊需要,程序必须提供单周期运行的功能。

3    机械手的控制系统

        立式注塑机专用机械手一般使用专用的微处理机加接口组成的最小控制系统来构建其控制系统。本设计采用了PLC,它是专门为工业控制设计的,能在恶劣的工业环境下工作,系统运行的稳定性和可靠性很高。PLC是一种以微处理器为核心,并综合了计算机技术,自动控制技术和通信技术而发展起来的工业自动控制装置。它的最大特点就是体积小,功能强,响应速度快,可靠性高。不需要对硬件环境做大的改变,随时可依生产工艺的不同要求而修改,并具有可扩展性。

        控制器选择了三菱PLC的FX2N系列。对于三菱公司FX2N系列,基本单元、外接特殊单元和特殊模块的数量最多不超过8台。FX2N)48MR系列PLC共有24点输入,24点输出。此装置检测位置信号,PLC控制其动作顺序。

4    各运行模式下的PLC程序

        a)初始化程序:用状态初始化指令IST来设置具有多种工作方式的控制系统的初始状态,IST指令执行条件满足时,初始状态继电器S0~S3和下列特殊辅助继电器被自动指定为以下功能:

        M8040:禁止转移,其线圈接通时,禁止所有的状态转化;

        M8041:转换启动,其线圈接通时,允许从初始状态的转化;

        M8042:启动脉冲,仅在按启动按钮时瞬时动作;

        M8043:回原点完成;

        M8044:原点条件,即系统处于原点位置时,其线圈接通;

        S0:手动操作的初始状态继电器;

        S1:回原点操作的初始状态继电器;

        S2:自动操作的初始状态继电器;

        S3:单步操作的初始状态继电器。

        b)手动运行程序:手动程序用初始状态继电器S0控制,由于手动程序、自动运行程序和回原点程序均采用STL触点驱动,这三部分程序不会同时被驱动。

        c)回原点程序:自动回原点的顺序功能,当原点条件满足时,特殊辅助继电器M8044(原点条件)为ON。自动返回原点结束后,用SET指令将M8043(回原点完成)置为0N,并用RST指令将回原点的最后一步S12复位。

        d)自动运行程序:自动运行、单周期运行程序。

5    结语

        在立式注塑机械手控制系统的设计研制中,采用技术先进、可靠性高的PLC,使得立式注塑机机械手更灵活有效,动作准确,易于维护,各种操作方式可自由切换。本文阐述了该控制系统的设计与分析过程,对同类产品的开发有一定的借鉴作用。