注塑机械手（共3篇）
注塑机械手 篇1
摘要：注塑机械手是对塑料加工生产进行自动控制,使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。在实际工作过程中,注塑机械手在低频率下会产生剧烈的振动,影响机械手的工作精确度。本文应用有限元重点对机械手进行模态分析、谐响应分析,并针对实际工况分析瞬态动力学特性。在此基础上对机械手提出改进设计方案,根据有限元计算结果进行对比分析,优化了机械手结构模型。
关键词：机械手,有限元分析,低阶频率,振动,优化设计
0 引言
塑料加工行业在我国的迅速发展,注塑成型设备的自动化程度也越来越高。现代化的注塑机常常配置有机械手,以提高生产效率。注塑机械手是为注塑生产自动化专门配备的机械,它可以在减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件、降低生产成本、增强企业的竞争力等方面起到及其重要的作用[1]。
在实际工作过程中,注塑机械手在低频率下会产生剧烈的振动,影响机械手的工作可靠性,容易产生因机械手的误操作而使被取件报废等事故。因此,降低机械手的低频振动对提高生产效率和稳定产品质量有着极其重要的作用[2]。本文在分析某机械手的取件工作过程特性的基础上,结合其本身的结构特点,改善机械手的动力特性,以提高注塑机械手的取件定位精度。
1 机械手模型
机械手的结构比较复杂,建模时对于箱体盖、线路托板、气缸、缓冲器等对模型动力学分析影响不大的部件均忽略掉,以减少有限元模型的规模,仅将其质量折算到相应位置[3]。首先利用三维软件设计出机械手模型,如图1所示,该机械手模型主要由以下几部分组成:基座、主臂梁、箱体、副臂梁等。
在ANSYS中,solid45单元用于构造三维实体结构。单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着x,y,z方向平移的自由度,单元具有塑性,蠕变,膨胀,应力强化,大变形和大应变能力。所以注塑机械手模型采用ansys-solid45单元,将模型划分为57502个单元格。
1.1 机械手静力特性分析
静力分析是不考虑惯性和阻尼影响,用来计算结构受到固定不变载荷作用的应力、应变大小的。机械手运动到各轴最大位移处,机械手的应力和应变最大。在机械手简化模型副臂梁的侧部施加竖直向下的100牛顿的力,模拟机械手的实际工作状况[3]。
图2和图3分析云图可见,机械手的副臂梁前端节点处的最大值为0.002mm,位移值较小。副臂梁与主臂梁前端连接部位的应力值最大为0.193MPa,机械手应力值不大,可以满足实际生产的要求。
1.2 机械手振动模态分析计算
典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题:
其中:[k]为刚度矩阵;{i}为第i阶模态的振型向量(特征向量);i为第i阶模态的固有频率(i2是特征值);[M]为质量矩阵。
有许多数值方法可用于求解上面的方程,本文采用的是子空间(Subspace)法。子空间法使用子空间迭代技术,对计算机的内存要求低,计算精度很高,适用于大型特征值的求解问题。
现对样机进行振动模态分析,以确定机械手机械结构的固有频率和振型,机械手一般工作的频率在0-660HZ之间,属于低阶频率。因此在对结构进行模态分析时,重点考虑机械手系统的在此范围内的振型,对低阶频率进行分析,在分析中给出了前四阶振型图。
由模态分析的结果如图4所示可知,机械手的副臂梁、手臂从动梁前端节点处的位移较大。最大值为频率为330HZ时,副臂梁的最大振幅达到0.134mm,共振现象明显,在此频率下会影响到机械手工作过程中取移制品的精确度。
1.3 机械手瞬态动力学分析
瞬态动力学分析的求解的基本方程是:
其中:[M]为质量矩阵,[C]为阻尼矩阵,[K]为刚度矩阵,{u}为节点位移向量。ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。
本文对机械手在工作过程进行有限元仿真分析计算,得到了机械手在各种工况时的动力学响应曲线。在副臂梁位移的最大处选取一点观察这一点在X方向(图5)和在Y方向(图6)位移随频率变化曲线。
可以看出在振动频率为550HZ时,副臂梁位移最大点在X方向的最大位移为0.026mm,在Y方向振动频率为440HZ时0.019mm。
由此可以得出,机械手在承受静力载荷和低频振动的情况下位移值较大,需要改进以降低副臂梁在低频振动时的最大位移。本文中在对机械手优化过程中,对副臂梁进行重新设计,目的是提高机械手的整体机械性能。
2 优化后的机械手进行分析
将机械手引拔梁的结构改进,如图7所示。优化后的机械手,将气压缸的气动部件改装到侧面,气压缸气动部件通过副臂梁也有之前的双排的改为单侧,并将单侧的副臂梁装在气压缸的气动部件上可以按工作要求移动,满足机械手的移动行程。
通常,注塑机取模机械手的最大抓重是2千克(包括夹具重量)[6]。由于气压缸的气动部件改装到侧面并直接和主臂梁接触,所以大大的减轻了副臂梁上的压力。经计算电磁阀箱、防落气缸安装板、引拔气缸固定板、型材、气缸等一些气压缸气动部件占总重量的80%-83%之间,针对改进后机械手实际工作状况,将机械手运动到各轴最大位移处在机械手简化模型的侧部施加竖直向下的20牛顿的力,模拟机械手的工作状况[7,8]。
如图8所示,机械手的副臂梁、手臂从动梁前端节点处的位移较大。最大值为频率为440HZ时,副臂梁的最大位移达到0.027mm。
在副臂梁位移的最大处选取一点观察这一点在X方向(图9)和在Y方向(图10)随频率变化的位移图。可以看出在振动频率为110HZ时,副臂梁位移最大点在X方向的最大位移为0.010mm,在Y方向振动频率为440HZ时0.003mm。
3 结论
针对某注塑机械手建立有限元模型,分析可以得出机械在抓取制品时振动大,定位不准确,精确度不高。经谐响应分析证明原机械手模型前副臂下端的X、Y两个方向个自由度方向振幅最大分别可以达到0.026mm、0.019mm。改进以后,两个自由度方向的振幅有较大下降,此时的振幅最大值分别为0.010mm和0.003mm,取得了很好的减振效果,尤其在竖直方向(Y方向)降低了一个数量级,这对提高机械手的工作精度和可靠性是十分有利的。同时改进后的结构可以增加周边的自由空间,达到了节约材料用量,控制成本的目标。
参考文献
[1]余达太,等.工业机器人应用工程[M].北京:冶金工业出版社,1999.
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注塑机械手 篇2
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◆◆◆◆◆◆课--程--背--景
“注塑产品质量的控制是每一个注塑企业头痛的问题”，注塑件的质量控制是一个系统工程，有其自身的规律和独特的控制方法；如果不掌握正确的注塑件质量的控制方法，就很难控制注塑件的质量，甚至会出现一些意想不到的品质问题，给企业造成很大的经济损失。一些注塑企业由于对注塑生产过程中的产品质量控制方法不当，没有按照控制注塑件质量的特点和客观规律办事，经常出现各种产品质量问题（如：外观、颜色、结构、尺寸、强度、装配不良等），造成注塑件不良率高、批量退货、客户抱怨、延误交期，导致注塑过程中废品率高、料耗大、成本高，企业的竞争力下降。每个注塑工作者都希望找到一个正确控制注塑件质量的方法，“注塑品质管理”高级研修班是专为学习注塑件品质控制方法和技巧，降低注塑不良率，提高注塑件质量，欲快速提升注塑产品质量控制和管理能力的注塑技术/管理人员（特别是与从事注塑件质量控制有关的注塑工作者）而举行的„„
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◆◆◆◆◆◆课--程--内--容
1、塑料的物理性能（28项）
2、注塑件的特性（优、缺点）
3、注塑缺陷的名称及定义
4、检查注塑件质量的条件
5、检查注塑件质量的方法
6、注塑产品质量检测程序及内容
7、注塑产品颜色检测方法及标准
8、注塑产品黑点的检查标准
9、一般性注塑件缺陷的验收标准
10、注塑产品质量控制流程
11、注塑件样板的标识与管理
12、水口料添加比例的标准
13、检查注塑件质量的内容（13个方面）
14、检查注塑件产品质量的部位（20个部位）
15、检查注塑件质量的时间选择（14个时间段）
16、塑料的鉴别方法
17、注塑件的AQL标准
18、注塑部产品质量控制守则等„„
19、注塑件功能（强度、内应力、硬度、变形、尺寸）的测试设备与测试方法
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◆◆◆◆◆◆培--训--流--程
★★专家讲授●品质标准●检验方法●控制技巧●实用知识●经验总结●快速提升★★
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◆◆◆◆◆◆讲--师--介--绍
余成根（TONY）：1988年毕业于天津科技大学塑料工程专业，中国首席高级注塑培训师，中国注塑协会顾问，具有20年注塑行业实际工作经验，曾到日本制钢研究所和香港塑胶科技中心进修。历任高级注塑工程师、注塑工程经理、注塑部高级经理、注塑企业厂长/副总、多家知名外资企业高级注塑顾问等职，曾服务于香港伟易达集团、美国惠普公司、日本松下电器、德国KIP集团等多家国内外知名企业„„
◆◆◆◆◆◆曾--参--加--培--训--的--部--分--企--业
广州本田公司、惠州中建电讯集团、惠州TCL国际电工集团、顺德惠而浦家电制品厂、珠海威士茂塑胶厂、汕头国际航空实业公司、广州韦士泰医疗器械公司、广州智择电子五金厂、惠阳帝宇工业有限公司、番禺旭东阪田电子厂、深圳欣旺达电子厂、深圳耐普罗塑胶五金厂、深圳创华电子厂、深圳横岗协调电子厂、深圳大和塑料机械厂、深圳亿利达电子机械厂、深圳华丰隆玩具有限公司、佛山远威实业有限公司、佛山智讯电子有限公司、武汉伟豪打火机厂、东莞伟易达集团、东莞怡高集团、美泰玩具厂、荣文灯饰厂、顺建塑胶五金厂、精诚电子有限公司、同达塑胶厂、宏泰塑胶厂、联亚五金塑胶厂、顺里工模塑胶厂、大宇电器塑胶厂、恒钰塑胶厂、台桦塑胶厂、五川音响器材厂、敏利电子厂、劲胜塑胶制品厂、嘉安塑胶制品厂、朗迪电器塑胶厂、乐域塑胶电子厂、益智玩具有限公司、高美电子厂、奇峰五金塑胶厂、联弘玩具有限公司、国莱塑胶模具厂、宏翊塑胶厂、旭品五金塑胶厂、时运达电子厂、友兴塑胶厂、爱科信实业、高艺塑胶厂、塘厦三荣塑胶厂、盛泓五金塑胶厂、高科塑胶厂、弘升五金制品厂、堡盛威塑胶五金厂、德盈电子厂、名翔塑胶五金厂、南部塑胶厂、厦华电子注塑厂、北京富龙塑业有限公司、天津东明电子工业有限公司、佳兴精密注塑有限公司、浙江胜利塑胶有限公司、北京突破雪花注塑有限公司、北京隆轩橡塑有限公司、河北文安友谊塑料厂、山东潍坊嘉华医疗产品有限公司、厦新工程塑胶有限公司、宁波军盈模塑有限公司、厦门瑞尔特卫浴工业有限公司、苏州明东电器有限公司、苏州广泽汽车饰件有限公司、苏州嘉捷塑料科技有限公司、苏州市万盛实业有限公司、苏州铂联电子制品有限公司、无锡市双赢塑业有限公司、上海亚马特塑胶有限公司、上海德澧塑胶制品有限公司、上海宝山立塑钢有限公司等„„
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◆◆◆◆◆◆客--户--评--价
1.杨 鹏（注塑品质部经理）:我是学机械专业的，从事注塑品质工程、品质管理工作已经11年了，先后做过6家企业（电子厂、玩具厂等）的注塑品质管理工作，感觉到做注塑品质管理工作非常累，这份职业也很不稳定。很多注塑企业的品质控制工作不到位,经常在注塑生产过程中出现产品质量问题（如：外观、颜色、结构、强度、尺寸及装配不良等），大多数从事注塑品质管理人员和注塑技术/管理人员，专业知识相当缺乏，习惯于跟着问题后面跑，没有一个科学、正确的控制注塑件质量的方法。有时出现胶件质量问题时工程部、工模部、品管部、注塑部等部门之间相互扯皮（踢皮球），最终的责任还是落到品管部，真的压力很大！自从去年我们公司派6人参加了华南注塑顾问公司举办的“注塑品质管理”高级研修班后，使我们懂得了注塑产品质量控制的方法和技巧，注塑件不良率降低了5%，客户投诉量减少了60%，胶件品质提升后，客户的订单也增加了几百万美元。
2.李少雄（注塑部主管）:我是从上模工做起来的，从事注塑技术管理工作已有15年，过去一直觉得注塑产品质量很难控制，有时还错误地认为注塑产品质量是品管部的事情，生产过程中出现了品质问题总是责怪品检人员没有做好。自从我们参加了“注塑品质管理”高级研修班后，使我们认识到“注塑产品的质量是生产、制造、管理和控制出来的”，我们按照余老师讲课时提出的控制注塑产品质量的方法去做，加强了注塑生产过程中各环节的控制力度，“从一开始就做对”，现在通过稳定注塑工艺条件，注塑产品的质量也稳定多了，不但注塑生产过程中不良率低、废品量少了，而是生产效率也提高了很多，退货和延误交期的次数也大大减少，真的很有成就感！
3.李冬生（注塑品质工程师）:注塑件的质量状况是每个注塑企业的技术/管理水平的综合反映，与注塑品质有关的技术/管理人员和品检人员都应该学习“注塑品质管理”知识，只有懂得塑料的性能、注塑件的特性、注塑件的质量标准、检查方法、测试要求及控制技巧，才能成为合格的注塑生产和品质管理工作者。注塑件质量的控制有其特有的规律和技巧，一定要从生产过程中的各个环节去控制好过程质量，才能提升注塑件的质量；“注塑品质管理工作者仅懂得一般的品质管理知识，是不可能做好注塑产品质量管理工作的”，这是我参加“注塑品质管理”高级研修班后的体会„„
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注塑机械手 篇3
数控机床在机械工业中, 特别是在装备制造业中已得到广泛应用。作为数控机床中的加工中心机床, 由于其具备刀具库、自动换刀装置和可多轴联动的先进技术, 工作起来得心应手, 应受用户欢迎, 是保证产品质量, 提高生产效率, 减轻劳动强度的重要设备之一。为保证各轴运动平稳, 准确定位, 提高了控制精度, 延长机床寿命, 机床导轨润滑技术是很重要的, 本文就基于PLC控制技术在加工中心导轨自动润滑控制中的应用做以介绍。
1. 基本润滑方式
数控机床基本润滑方式通常分为油循环润滑、定时定量润滑、油雾润滑和油汽油滑四种。对于机床的导轨, 无轮国内和国外的制造厂家多采用定时定量供油润滑。该种方式的实现有两种方法, 一种采用电动油泵间断开停的定时定量润滑, 另一种采用定量阀定时定量供油。本文介绍是属于前者, 即用电动油泵供油, 采用电气自动控制技术控制油泵间断开停实现定时定量导轨自动润滑。
2. 定时定量系统组成
图一给出了, 导轨自动润滑控制的基本电路。图 (a) 为加工中心机床内装式PLC装置的基本电路的原理图, 图 (a) 为数控加工中心, 内装式PLC装置的输入输出按点分配和直线电源, 其中x2.5, x4.5, x4.6, x17.7为输入点, 而Y48.0, Y86.6为输出点。图中
QF4为保护电动机过载的热继电器常闭接点
SP2油压继电器常开接点
SL为油量 (油位) 开关接点
SB控制按扭
HL1润滑装置故障报警显示#光二极管
KA4中间继电器线圈
图 (b) 为润滑泵电动机控制电路
图 (C) 为润滑泵电动机主电路
3. PLC控制的梯形图
实现加工中的导轨的自动润滑控制是基于PLC技术完成的。图2给出来具体控制的梯形图。
4. 工作过程分析
从梯形图和基本电路图可看出, 当按下控制按钮SB后, PLC内部继电器x17.1为1, 输出信号Y86.6使外P继电器KA4线圈通电。KA4触电接通交流接触器线圈, KM主触点接通润滑泵电动机M;电机运转并供油为导轨润滑。同时KM辅助触点Y86.6自锁。又使定时器TMR17计时。当达到设定的润滑时间90s时, TM17常开触点TM17 (R613.0) 接通, 而其常闭触点QL3.0断开了中间继电器LUBST Y86.6自锁电路, 使Y86.6显零, 润滑泵电动机M行转供油停转, 供油停止。与此同时继电器TM17R (R600.2) 为1, 接通了定时器TMR18., 待其延时到要求间断时间240s后, TM18动作使R613.3为1.接通启动润滑机内P继电器, Y86.6为1并自锁, 油泵电动机M启动供油。重复上述过程循环间断定时定量供油。应该指出的是两个定时器TMR17和TMR18的设定时间, 也就是供油和间断时间对于不同的数控机床或同一台机床的不同工作状态是不一定的, 这个时间根据工艺要求可在机床操作面板上以MDI方式设定或在加工程序中由指令代码设定。
本控制系统中, 尚具有油路泄漏或堵塞时, 压力继电器SP2失灵, 油量不足, 润滑电动机过载等报警和保护功能。
5. 结束语
文中介绍的以PLC技术实现注塑机械加工中心导轨润滑的自动控制方法, 是国内外机床导轨定时定量供油较多用的方法。可供数控机床的设计研究人员和加工中心的使用维护人员参数。由于数控机床导轨多贴有塑料导轨板, 而该导轨板具有良好的耐磨性和润滑性能。故采用自动控制的定时定量供油润滑既减少了油量损耗有保证机床的合理可靠润滑, 诚然是一种值得维护的好方法。
摘要：文章介绍了注塑机械数控加工中心机床导轨润滑的特点, 并提出了用PLC技术实现加工中心机床导轨自动定时定量间断供油润滑方法, 对数控机床的设计研究人员和使用维护工作者, 具有一定参数价值和实用意义。
关键词：加工中心,导轨润滑,定时定量,PLC控制器
参考文献
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