伺服动力四工位转盘机构.pdf

本发明涉及一种应用于多物料注塑机领域的伺服动力四工位转盘机构，主要包括底板，可绕设置于底板中心的转轴组件旋转的转盘，可通过齿轮组啮合传动驱动转盘旋转的伺服电机，设置于转盘圆周边沿的定位插销组件等；该机构的120-180分度型式可实现如0-180-0(360)，或0-120-240-0(360)，或0-120-180-240-0(360)的旋转分度模式；该机构的90-180分度型式可实现如0-180-0(360)，或0-90-180-0(360)，或0-90-180-270-0(360)的旋转分度模式；该机构旋转快速，启停平稳，分度精准，具备多工位多模式的使用选择，丰富多样。

1.  一种伺服动力四工位转盘机构，主要包括作为整个转盘机构承载母体的底板(1)，作为整个转盘机构工作平台的转盘(2)，中心转轴组件(11)和伺服电机(6)，转盘(2)通过转轴组件(11)定位在底板(1)的中心处，在转盘(2)的圆周边沿设置有连动齿轮组(3，4，5)，连动齿轮(3)和转盘(2)圆周边沿的齿牙(202)的啮合作用，传递转速和转矩至转盘(2)，驱动转盘(2)在底板(1)的平面上绕转轴组件(11)旋转，在底板1的边沿固定设置有上压块(7)、右压块(10)、左压块(12)和下压块组成一定的封闭空间；沿转盘(2)圆周边设置按四工位分度型式分度的分度定位作用机构，所述的转盘(2)圆周边沿设置有圆弧台阶(201)，在圆弧台阶(201)处，转盘(2)按四工位分度设置分度定位作用机构，分度定位作用机构包括在圆弧台阶(201)处呈四工位分度型式对应角度分布的四个V型定位插槽(8E,8F,8G,8H)，在底板的左侧设置有中心线顺沿转盘(2)径向的定位油缸组件(14)，油缸组件(14)的活塞杆端安装连接有V型插销(15)，插销(15)和插槽(8)组成转盘(2)的分度定位作用机构。

2.  根据权利要求1所述的伺服动力四工位转盘机构，其特征在于：V型插销(15)处，设置有无接触电磁感应式的方头感应开关(13M、13N)，分别用于检测插销(15)的退回和伸出,当插销(15)退回时，转盘(2)被开锁，可旋转；当插销(15)伸出插入到插槽(8)的V型内斜面中，转盘(2)被上锁止动，不可旋转。

3.  根据权利要求1所述的伺服动力四工位转盘机构，其特征在于：在右压块(10)处设置有无接触电磁感应式的圆头感应开关(9A,9B,9C)，在转盘(2)圆弧台阶(201)处设置有与开关(9)相适应的呈四工位分度型式角度分布的八个检测凹孔(210、211、212、213、214、215、216、217)，开关(9)的检测信号经逻辑组合，用于判断相应的转盘分度位置。

4.  根据权利要求1所述的伺服动力四工位转盘机构，其特征在于：分度定位作用机构的四工位分度型式包括120-180分度型式和90-180分度型式。

5.  根据权利要求4所述的伺服动力四工位转盘机构，其特征在于：120-180分度型式具备0(360)度、120度、180度、240度四个工作位，包括:在二工位180度旋转分度工作模式，即0-180-0(360)旋转分度的动作循环；在三工位120度旋转分度工作模式，即0-120-240-0(360)旋转分度的动作循环；在四工位旋转分度工作模式，即0-120-180-240-0(360)旋转分度的动作循环。

6.  根据权利要求4所述的伺服动力四工位转盘机构，其特征在于：90-180分度型式具 备0(360)度、90度、180度、270度四个工作位，包括二工位180度旋转分度工作模式，即0-180-0(360)旋转分度的动作循环；在三工位90度旋转分度工作模式，即0-90-180-0(360)旋转分度的动作循环；在四工位90度旋转分度工作模式，即0-90-180-270-0(360)旋转分度的动作循环。

7.  根据权利要求5所述的伺服动力四工位转盘机构，其特征在于：该机构的分度方法，将所述的转盘(2)按120-180分度型式设置分度定位作用机构，120-180分度型式设置0(360)度、120度、180度、240度四个工作位，包括可实现二工位180度旋转分度模式、可实现三工位120度旋转分度模式和可实现四工位旋转分度模式，其中：
一、可实现二工位180度旋转分度模式，即0-180-0(360)旋转分度的动作循环，在0度工位，注塑机完成第一种颜色(或种类)的塑料注射后，转盘2带动安装于其上的模具旋转至180度工位，进行第二种颜色(或种类)的塑料注射及相关动作，之后，转盘2带动模具回转至0度工位，或者转盘2可以从180度继续旋转至360度位置，此时注塑机已经完成一次生产动作循环，可以再进行一个新的动作循环；
二、可实现三工位120度旋转分度模式，即0-120-240-0(360)旋转分度的动作循环，如在0度工位，注塑机完成第一种颜色(或种类)的塑料注射后，转盘2带动安装于其上的模具旋转至120度工位，进行第二种颜色(或种类)的塑料注射，之后，继续旋转至240度工位，进行第三种颜色(或种类)的塑料注射及相关动作，最后，转盘2带动模具回转至0度工位，或者转盘2可以从240度继续旋转至360度位置，即达到相同的复位角度，为下一个新的动作循环做准备；
三、可实现四工位旋转分度模式，即0-120-180-240-0(360)旋转分度的动作循环，如在0度工位，注塑机完成第一种颜色(或种类)的塑料注射后，转盘2带动安装于其上的模具旋转至120度工位，进行第二种颜色(或种类)的塑料注射，之后，继续旋转至240度工位，进行第三种颜色(或种类)的塑料注射及相关动作，之后，继续旋转至360度工位，进行第四种颜色(或种类)的塑料注射及相关动作，最后，转盘2带动模具回转至0度工位，或者转盘2可以从240度继续旋转至360度位置，即达到相同的复位角度，为下一个新的动作循环做准备。

8.  根据权利要求5所述的伺服动力四工位转盘机构，其特征在于：该机构的分度方法，将所述的转盘(2)按90-180分度型式设置分度定位作用机构，90-180分度型式设置0(360) 度、90度、180度、270度四个工作位，包括：一、可实现二工位180度旋转分度模式，即0-180-0(360)旋转分度的动作循环，可以注射二种颜色(或种类)的塑料；二、可实现三工位90度旋转分度模式，即0-90-180-0(360)旋转分度的动作循环，可以注射三种颜色(或种类)的塑料；三、可实现四工位90度旋转分度模式，即0-90-180-270-0(360)旋转分度的动作循环，可以注射四种颜色(或种类)的塑料。

伺服动力四工位转盘机构
技术领域
本发明涉及一种伺服动力四工位转盘机构，应用于多物料注塑机领域。
背景技术
当前，常见的转盘机构一般使用液压马达驱动旋转，及配合普通开关式液压控制回路，不仅能量损失多，响应速度慢，而且控制精度低，生产效率低；一般的转盘机构通常只具备2个旋转工位(0度和180度)，适用于2色(或2个种类)塑料制品的生产，却不能适用于近年来用户市场逐步增多需求的3色、4色，或更多颜色元素(或塑料种类)塑料制品的生产。如何实现高精准的控制，实现多样化的需求，成为亟待解决的问题。
本发明所述“2色”或“3色”字样是一种通称，是指不同颜色，或不同种类的塑胶原料。
发明内容
本发明之目的旨在提供一种伺服动力四工位转盘旋转分度结构和控制方案，具备启停平稳、旋转快速，角度到位精准、重复性高，节能降耗，生产效率高的特点。
本发明的目的是这样实现的：一种伺服动力四工位转盘机构，主要包括作为整个转盘机构承载母体的底板，作为整个转盘机构工作平台的转盘，中心转轴组件和伺服电机，转盘通过转轴组件定位在底板的中心处，在转盘的圆周边沿设置有连动齿轮组，连动齿轮和转盘圆周边沿的齿牙的啮合作用，传递转速和转矩至转盘，驱动转盘在底板的平面上绕转轴组件旋转，在底板1的边沿固定设置有上压块、右压块、左压块和下压块组成一定的封闭空间；沿转盘圆周边设置按四工位分度型式分度的分度定位作用机构，所述的转盘圆周边沿设置有圆弧台阶，在圆弧台阶处，转盘按四工位分度设置分度定位作用机构，分度定位作用机构包括在圆弧台阶处呈四工位分度型式对应角度分布的四个V型定位插槽，在底板的左侧设置有中心线顺沿转盘径向的定位油缸组件，油缸组件的活塞杆端安装连接有V型插销，插销和插槽组成转盘的分度定位作用机构。
上述的伺服动力四工位转盘机构，V型插销处，设置有无接触电磁感应式的方头感应开关，分别用于检测插销的退回和伸出，当插销退回时，转盘被开锁，可旋转；当插销伸出插入到插槽的V型内斜面中，转盘被上锁止动，不可旋转。
上述的伺服动力四工位转盘机构，在右压块处设置有无接触电磁感应式的圆头感应开关，在转盘圆弧台阶处设置有与开关相适应的呈四工位分度型式角度分布的八个检测凹孔，开关的检测信号经逻辑组合，用于判断相应的转盘分度位置。
上述的伺服动力四工位转盘机构，分度定位作用机构的四工位分度型式包括120-180分度型式和90-180分度型式。
上述的伺服动力四工位转盘机构，120-180分度型式具备0(360)度、120度、180度、240度四个工作位，包括:在二工位180度旋转分度工作模式，即0-180-0(360)旋转分度的动作循环；在三工位120度旋转分度工作模式，即0-120-240-0(360)旋转分度的动作循环；在四工位旋转分度工作模式，即0-120-180-240-0(360)旋转分度的动作循环。
上述的伺服动力四工位转盘机构，90-180分度型式具备0(360)度、90度、180度、270度四个工作位，包括二工位180度旋转分度工作模式，即0-180-0(360)旋转分度的动作循环；在三工位90度旋转分度工作模式，即0-90-180-0(360)旋转分度的动作循环；在四工位90度旋转分度工作模式，即0-90-180-270-0(360)旋转分度的动作循环。
上述的伺服动力四工位转盘机构，该机构的分度方法，将所述的转盘按120-180分度型式设置分度定位作用机构，120-180分度型式设置0(360)度、120度、180度、240度四个工作位，包括可实现二工位180度旋转分度模式、可实现三工位120度旋转分度模式和可实现四工位旋转分度模式，其中：
一、可实现二工位180度旋转分度模式，即0-180-0(360)旋转分度的动作循环，在0度工位，注塑机完成第一种颜色(或种类)的塑料注射后，转盘2带动安装于其上的模具旋转至180度工位，进行第二种颜色(或种类)的塑料注射及相关动作，之后，转盘2带动模具回转至0度工位，或者转盘2可以从180度继续旋转至360度位置，此时注塑机已经完成一次生产动作循环，可以再进行一个新的动作循环。
二、可实现三工位120度旋转分度模式，即0-120-240-0(360)旋转分度的动作循环，如在0度工位，注塑机完成第一种颜色(或种类)的塑料注射后，转盘2带动安装于其上的模具旋转至120度工位，进行第二种颜色(或种类)的塑料注射，之后，继续旋转至240度工位，进行第三种颜色(或种类)的塑料注射及相关动作，最后，转盘2带动模具回转至0度工位，或者转盘2可以从240度继续旋转至360度位置，即达到相同的复位角度，为下一个新的动作循环做准备。
三、可实现四工位旋转分度模式，即0-120-180-240-0(360)旋转分度的动作循环，如在0度工位，注塑机完成第一种颜色(或种类)的塑料注射后，转盘带动安装于其上的模具旋转至120度工位，进行第二种颜色(或种类)的塑料注射，之后，继续旋转至240度工位，进行第三种颜色(或种类)的塑料注射及相关动作，之后，继续旋转至360度工位，进行第四种颜色(或种类)的塑料注射及相关动作，最后，转盘2带动模具回转至0度工位，或者转盘2可以从240度继续旋转至360度位置，即达到相同的复位角度，为下一个新的动作循环做准备。
上述的伺服动力四工位转盘机构，该机构的分度方法，将所述的转盘按90-180分度型式设置分度定位作用机构，90-180分度型式设置0(360)度、90度、180度、270度四个工作位，包括：一、可实现二工位180度旋转分度模式，即0-180-0(360)旋转分度的动作循环，可以注射二种颜色(或种类)的塑料；二、可实现三工位90度旋转分度模式，即0-90-180-0(360)旋转分度的动作循环，可以注射三种颜色(或种类)的塑料；三、可实现四工位90度旋转分度模式，即0-90-180-270-0(360)旋转分度的动作循环，可以注射四种颜色(或种类)的塑料。
本发明的伺服动力四工位转盘机构采用伺服驱动技术，实现了快速响应，节能降耗；控制系统有输出，有回馈，组成了完整的闭环控制系统，实现了高精准控制，提高生产效率；设置有上锁止动装置，保护了机构的安全性，提高使用寿命；设计了二种旋转分度型式，给客户提供了多工位多模式的使用选择，丰富多样。
附图说明
下面将结合附图对本发明作进一步的详述，附图中所示的尺寸、数值等，仅为方便阐述本发明之用，不构成对本发明的任何技术限制。
图1是本发明的关键组成元件和控制原理示意图；
图2是本发明的转盘结构示意图；
图3是转盘的120-180分度型式检测凹孔分布示意图；
图4是图3的K向视图；
图5是转盘的90-180分度型式检测凹孔分布示意图；
图6是转盘完成1个分度动作的“时间-转速”示意图；
图7是转盘120-180分度型式的左转角度位置信号表；
图8是转盘90-180分度型式的左转角度位置信号表。
图中：1为底板，2为转盘，3为连动齿轮，4为驱动齿轮，5为齿轮变速箱，6为伺服电机，7为上压块，8E、8F、8G、8H为插槽，9A、9B、9C为圆头感应开关，10为右压块，11为中心转轴组件，12为左压块，13M、13N为方头感应开关，14为定位油缸组件，15为插销，16为液压方向阀，17为伺服驱动器，18为控制电脑，201为转盘的圆弧台阶，202为转盘的齿牙台阶，203为圆头感应开关9C的感应区带，204为圆头感应开关9B和9A的感应区带，210、211、212、213、214、215、216、217为转盘的分度检测凹孔。
具体实施方式
如图1～8所示，一种伺服动力四工位转盘机构，包括底板1，转盘2，中心转轴组件11和伺服电机6，转盘2通过转轴组件11定位在底板1的中心处，伺服电机6设置在底板1的上部，安装于齿轮变速箱5的输入端，通过齿轮变速箱5的作用，降低转速和增大转矩，再通过安装于齿轮变速箱5输出端的驱动齿轮4，带动连动齿轮3，啮合作用于转盘2圆周边沿的齿牙202，传递转速和转矩至转盘2，驱动转盘2在底板1的平面上绕中心转轴组件11旋转；在底板1的边沿固定设置有上压块7，右压块10，左压块12，组成一定的封闭空间，保护转盘2的齿牙202，避免生产使用环境中的异物掉入齿间，造成损坏；转盘2按四工位分度设置分度定位作用机构，在转盘2的圆周边沿设置有圆弧台阶201，在圆弧台阶201处设置有呈特定角度分布的V型定位插槽8(E,F,G,H)，与转盘2相对固定，插槽8设置有V形内斜面，在与底板1相对固定的左压块12处设置有中心线顺沿转盘2径向的定位油缸组件14，油缸组件14的活塞杆端安装连接有与插槽8具备相吻合的V形外斜面的插销15，插销15和插槽8组成转盘2的分度定位作用机构。
在插销15处，设置有固定于左压块12的无接触电磁感应式的方头感应开关13M和13N，分别用于检测插销15的退回和伸出,当插销15伸出吻合地插入到任一插槽8的V形内斜面中，转盘2被上锁止动，不可旋转；当插销15退回时，转盘2被开锁，可旋转。
在右压块10处设置有无接触电磁感应式的圆头感应开关9(A,B,C)，在转盘2圆弧台阶201处设置有与开关9相适应的呈特定角度分布的检测凹孔(210、211、212、213、214、215、216、217)，开关9的检测信号经逻辑组合，用于判断相应的转盘角度位置。在120-180分度型式具备如图7所列的信号组合，在90-180分度型式具备如图8所列的信号组合。可以看出在不同的分度型式下，0(360)度、90度、120度、180度、240度、270度的特定角度位置， 开关9A、9B、9C的信号组合是唯一的、不重复的。对其余非特定角度出现的重复信号组合，控制电脑18的程序设定将其视作杂质信号过滤掉，不对特定角度的判定产生影响。
检测凹孔212、214、215、217设置在感应区带203区域内，电磁感应开关9C受限于安装固定的位置和其自身发射出的电磁感应磁场范围，只能在203区带内感应获得变化信号，感应区带204区域内的凹孔或凹面不能使开关9C产生变化信号。本文定义，当开关9感应到金属物质时，获得数字感应信号1；当开关9对准凹孔或凹面(即感应不到金属物质)时，获得数字信号0。所以，当转盘2旋转，使检测凹孔212、214、215、217的任一孔对准开关9C时，开关9C即获得信号0，其余转盘2的旋转位置，开关9C则获得信号1。
当开关检测到凹孔，灭灯，信号0，开关检测到金属，亮灯，信号1，左转，逆时针。
检测凹孔210、211、213、216设置在感应区带204区域内，考虑不使转盘2的圆弧台阶201宽度尺寸太大，从而致使整个转盘机构的厚度尺寸过大，以经济性设计考量，插槽8(E、F、G、H)的内凹斜面与204区带有重叠部分，电磁感应开关9B和9A安装固定在与204感应区带相适应的位置，只能在204区带内感应获得变化信号，感应区带203区域内的凹孔不能使开关9B和9A产生变化信号。当转盘2旋转，使检测凹孔210、211、213、216的任一孔对准开关9B，或者插槽8E、8F、8G、8H的任一凹斜面对准开关9B时，开关9B即获得信号0，其余转盘2的旋转位置，开关9B则获得信号1；当转盘2旋转，使检测凹孔210、211、213、216的任一孔对准开关9A，或者插槽8E、8F、8G、8H的任一凹斜面对准开关9A时，开关9A即获得信号0，其余转盘2的旋转位置，开关9A则获得信号1。
伺服驱动器17接收来自控制电脑18的目标指令，通过模块程序转换，输出PID控制模拟量给到伺服电机6，使伺服电机6作启动、加速、稳速、减速、停止的旋转动作，同时伺服电机6的编码器脉冲信号将回馈至控制电脑18，用于判定电机在旋转过程中所处的角位置，由此组成闭环控制系统，表现出如图6所示的在速度拐点处平滑变速的运行曲线，对应于整个转盘机构，即表现出在启停、加减速时平稳变速、无冲击。
本发明设计了二种分度型式，其中120-180分度型式设置0(360)度、120度、180度、240度四个工作位，可实现二工位180度旋转分度模式，即0-180-0(360)旋转分度的动作循环，如在0度工位，注塑机完成第一种颜色(或种类)的塑料注射后，转盘2带动安装于其上的模具旋转至180度工位，进行第二种颜色(或种类)的塑料注射及相关动作，之后，转盘2带动模具回转至0度工位，或者转盘2可以从180度继续旋转至360度位置，此时注塑 机已经完成一次生产动作循环，可以再进行一个新的动作循环。
可实现三工位120度旋转分度模式，即0-120-240-0(360)旋转分度的动作循环，如在0度工位，注塑机完成第一种颜色(或种类)的塑料注射后，转盘2带动安装于其上的模具旋转至120度工位，进行第二种颜色(或种类)的塑料注射，之后，继续旋转至240度工位，进行第三种颜色(或种类)的塑料注射及相关动作，最后，转盘2带动模具回转至0度工位，或者转盘2可以从240度继续旋转至360度位置，即达到相同的复位角度，为下一个新的动作循环做准备。
可实现四工位旋转分度模式，即0-120-180-240-0(360)旋转分度的动作循环，可以注射四种颜色(或种类)的塑料，其动作模式如前相似，不作赘述。
另一种90-180分度型式设置0(360)度、90度、180度、270度四个工作位，可实现二工位180度旋转分度模式，即0-180-0(360)旋转分度的动作循环，可以注射二种颜色(或种类)的塑料；可实现三工位90度旋转分度模式，即0-90-180-0(360)旋转分度的动作循环，可以注射三种颜色(或种类)的塑料；可实现四工位90度旋转分度模式，即0-90-180-270-0(360)旋转分度的动作循环，可以注射四种颜色(或种类)的塑料。二工位、三工位、四工位的动作模式均如前相似，不作赘述。
二种分度型式和各种工位模式，供客户根据模具设计的型式和注塑生产的工艺等条件因素，按需选用。
下面以本转盘机构左转完成0度至120度一个基础旋转分度动作为例，具体说明转盘机构的动作控制形式。
当转盘2处于0度工作位置时，圆头感应开关9A、9B、9C的信号逻辑组合为000；插销15的V型外斜面与插槽8F的内斜面完整地贴合，方头感应开关13M和13N的信号逻辑组合为01，为上锁信号；伺服电机6处于停止状态，其编码器信号处于控制电脑18内置程序认定的零位。
待注塑机完成0度工作位置的相关注射动作之后，依生产工艺程序设定，控制电脑18发出指令，要求转盘2从0度工位逆时针向左旋转至120度工位，一方面，液压方向阀16接收并执行该指令，控制油液充入油缸组件14的有杆腔，将插销15从插槽8F的V型内斜面中退出，直至开关13M和13N的信号组合变为10的开锁信号，则液压方向阀16的指令执行完毕，阀芯回中位，插销15已退回，转盘2被开锁；另一方面，伺服驱动器17接收该指令，并通 过模块程序转换输出，控制伺服电机6启动旋转，驱动转盘2逆时针向左旋转，依照预定的编码器脉冲信号加速、变速、稳速，直至减速刹车到预定的120度工位脉冲信号，且开关9A、9B、9C检测信号组合回馈为010时，伺服电机6则停止旋转，转盘2停止旋转，至此转盘2已从0度工位逆时针旋转至120度工位。
在此时，控制电脑18发出指令，液压方向阀16控制油液充入油缸组件14的无杆腔，将插销15推出至插槽18E的内斜面中，至开关13M和13N的信号组合变为01的上锁信号，转盘2被定位上锁，不可旋转，则注塑机可以开展在120度工位的相关生产动作。
本转盘机构采用伺服驱动技术，实现了快速响应，节能降耗；控制系统有输出，有回馈，组成了完整的闭环控制系统，实现了高精准控制，提高生产效率；设置有上锁止动装置，保护了机构的安全性，提高使用寿命；设计了二种旋转分度型式，给客户提供了多工位多模式的使用选择，丰富多样。
综上所述，本发明已如说明书及图所示内容，生产出实际成品，且经生产使用和测试，已达到本发明所预期之目的，可证明本发明符合生产实际，具备实用价值。以上所举实施例仅用来方便阐述本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所涉及技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更改或修饰的等效实施例，并未脱离本发明的技术特征内容，均视作仍属于本发明技术特征的范畴。