基于旋轉分度模式的多組分注塑機轉盤設計

劉宏 許成琳 李博懷

?

基于旋轉分度模式的多組分注塑機轉盤設計

劉宏 許成琳 李博懷

（東華機械有限公司）

多組分注塑機的難點在于多工位轉盤的流道設計、工位模式識別和運動控制。本文采用旋轉分度模式，結合多個距離傳感器融合工位信息，設計多物料注塑的多工位轉盤機構，設計分別對應二、三、四組分注塑加工的180°、120°和90°旋轉分度模式一體化的轉盤。試驗結果表明：該轉盤機構具備啟停平穩、旋轉快速、角度到位精準、重復性高、節能降耗、生產效率高的特點。

注塑機；多工位轉盤；旋轉分度

0 前言

當前，常見的多物料注塑機轉盤機構一般使用液壓馬達驅動旋轉，不僅能量損失多，響應速度慢，且控制精度和生產效率低[1]。一般的轉盤機構通常只有2個旋轉工位[2-4]，適用2種物料組分的塑料制品生產，難以滿足近年來用戶市場逐步提高的3種、4種乃至更多材料種類的塑料制品生產的需求[4]。多物料注塑機的難點在于多工位轉盤的流道設計、工位模式識別和運動控制[5]。采用旋轉分度模式、結合多個距離傳感器融合工位信息，可實現工位分度模式的轉盤設計。

1 轉盤旋轉分度模式機理

多物料注塑機轉盤通過旋轉改變內部流道，實現不同種類物料進入模具內成型[6]。采用旋轉分度的機理，在轉盤的圓周邊緣設置檢測凹孔，并設置多個距離傳感器配合，實現工位信息檢測。

2~4工位轉盤及其關鍵結構設計圖如圖1所示。將轉盤分為2層，在后層203中設置4個檢測凹孔212、214、215、217，與1個距離感應傳感器9C（見圖2）配合作用，實現物料盤的2、3工位分度模式；在首層204中設置檢測凹孔210、211、213、216，與2個距離感應傳感器9A、9B（見圖2）配合作用，實現工位信號檢測，其檢測配合作用互不干擾。

圖1 2~4工位轉盤及其關鍵結構設計圖

多工位轉盤機構3D模型如圖2所示，在插銷15處，設置感應開關M和N，分別用于檢測插銷的退回和伸出。當插銷退回時，轉盤被開鎖，可旋轉；當插銷伸出插入到插槽8（E,F,G,H）的內斜面中，轉盤被上鎖止動，不可旋轉。在轉盤圓周邊緣設置呈特定角度分布感應開關9（A,B,C），其檢測信號經邏輯組合，用于回饋判斷相應的轉盤角度位置。當開關9（A,B,C）感應到金屬物質時，獲得數字感應信號1；當開關9對準凹孔（即感應不到金屬物質）時，獲得數字信號0。

多工位轉盤機構信號-狀態表如表1所示，可以看出，在0（360o）、120o、180o、240o的特定角度位置，開關（A,B,C）的信號組合是唯一、不重復的。對其余非特定角度出現的重復信號組合，控制電腦的程序設定將其視作雜質信號過濾掉，不對特定角度的回饋判定產生影響。

圖2 多工位轉盤機構3D模型

表1 多工位轉盤機構信號-狀態表

本機構設計了2種分度模式，二工位180o旋轉分度模式，即0o→180o→0o旋轉分度的動作循環；三工位120o旋轉分度模式，即0o→120o→240o→0o旋轉分度的動作循環，有0o、120o、180o、240o4個工作位。

2 試驗

按表1信號-狀態表，選擇以0°→120°→240°→360°作為一個循環3分度，設計3工位轉盤機構。多工位轉盤機構實物圖如圖3所示。下面以本轉盤機構左轉完成0°→120°基礎旋轉分度動作為例，具體說明轉盤機構的動作控制模式。

圖3 多工位轉盤機構實物圖

伺服驅動器接收來自控制電腦的目標指令，通過模塊程序轉換，輸出PID控制模擬量給伺服電機，使其作啟動、加速、穩速、減速、停止的旋轉動作，同時伺服電機的編碼器脈沖信號回饋到控制電腦，用于判定電機在旋轉過程中所處的角位置，由此組成閉環控制系統，表現出如圖4所示的具備斜升斜降在速度拐點處平滑變速的運行曲線，對應于整個轉盤機構，即表現出在啟停、加減速時平穩變速、無沖擊。

圖4 轉盤運行曲線

3 結語

本轉盤機構采用伺服驅動技術，響應快速、控制精準；設置上鎖止動裝置，保護機構的安全，提高使用壽命；設計2種旋轉分度模式，根據模具設計的模式和注塑生產的工藝等條件因素，按需選用，為客戶提供多工位多模式的使用選擇；將轉盤的4個定位插槽設置為90o均勻分布，又可得到一種新的多工位轉盤機構；當客戶模具與注塑工藝配合設計時，該轉盤還可實現4工位分度模式。該機構提供一種伺服動力多工位轉盤旋轉分度結構和控制方案，具有啟停平穩、旋轉快速、角度到位精準、重復性高、節能降耗、生產效率高等特點。

[1] 章錦雷,何挺.雙色注塑機轉盤控制方法分析和研究[J].橡塑技術與裝備,2015,41(8):29-32.

[2] 王玨,袁衛明,黃慶達,等.高效節能雙組份注塑系統及設備開發[J].輕工機械,2014,32(3):1-5,12.

[3] 范有發,肖雪清.控制開關面板雙色注射模設計[J].工程塑料應用,2012,40(1):51-54.

[4] 南瑞亭.LCD后背板的注射成型參數正交優化設計[J].自動化與信息工程,2011,32(2):43-44,48.

[5] 趙浩杰,鄭良.轉盤式多組分注塑機轉盤側傾問題及優化措施探討[J].冶金叢刊,2016(4):95+98.

[6] 張春鵬,王錫明,張遠斌,等.基于CAE技術的轉盤架注塑模具優化設計[J].赤峰學院學報(自然科學版),2016,32(9): 32-34.

An Indexing Rotary Mode Based on Multi-Component Rotary Table for Injection Molding Machine Design

Liu Hong Xu Chenglin Li Bohuai

(Donghua Machinery Co., Ltd.)

The difficulty of multi-component injection molding machine lies in the design of multi-station rotary table, station pattern recognition, and motion control. An indexing rotary mode was propose to design multi-stationrotary mechanism for multi-material injection molding, combined with multiple distance sensor fusion workstation information. The rotary table with 180 DEG, 120 DEG and 90 DEG rotary indexing mode corresponding to the injection molding of 2, 3, or 4 components is designed. The results shows, the turntable mechanism has the characteristics of smooth start and stop, fast rotation, accurate angle, high repeatability, energy saving and high efficiency.

Injection Molding Machine; Multi-Component Rotary Table; Indexing Rotary

劉宏，男，1983年生，本科，工程師，主要從事注塑機設計工作。

許成琳，男，1981年生，本科，主要從事注塑機設計工作。

李博懷，男，1983年生，本科，主要從事注塑機設計工作。