如何为注塑成型选择三轴机械手

为什么仅凭吨位不够

三轴机械手可围绕注塑机自动化完成取件、水口处理、镶件装载、分拣和产品放置。

然而，选择合适的机械手远不止将型号与注塑机吨位简单匹配。锁模力相同的机台，也可能因模具尺寸、机台高度、产品重量、成型周期和下料位置的差异，需要配置不同的机械手。

本指南阐述了制造商在选购注塑用三轴机械手时应评估的主要因素。

什么是三轴机械手？

三轴机械手也称直角坐标机械手，可沿三个直线方向运动。这些运动使其能够进入模具区域、抓取成型件或水口、退出机台，并将产品移送至指定位置。

与拥有多个旋转关节的多关节机械手不同，标准三轴机械手以直线运动为主，特别适合结构化和重复性的任务，例如：

• 成型件取出
• 水口处理
• 镶件装载
• 产品分拣
• 模腔区分
• 输送带放置
• 码垛与托盘装载

各轴通常以 X、Y、Z 标识，但不同厂商的轴名称可能不同，因此买家应核对机械手技术图纸中标注的运动方向与有效行程。

三轴机械手如何工作？

典型的注塑取出周期包括以下步骤：

1. 注塑机开模。
2. 机械手获得进入许可。
3. 机械手臂进入模具区域。
4. 末端工装抓取成型件或水口。
5. 传感器确认抓取成功。
6. 机械手退出并发送安全位置信号。
7. 机械手放置产品的同时模具合模。

放置位置可以是输送带、收集箱、托盘、检测治具、装配工位或包装系统。

机械手必须与注塑机正确通信。控制时序应确保机械手臂或工装仍位于模具区域内时模具不会合模。

三轴机械手的关键组成

三轴机械手通常由四大系统组成。

机械结构

机架与直线轴支撑机械手的运动，在加速、取件和放置过程中必须保持稳定。

安装规划应考虑机台高度、顶部空间、安装条件、换模通道以及周边设备的位置。

运动系统

伺服电机与传动部件控制每个轴的速度和位置。

最大速度并不能单独决定实际性能。行程距离、工装重量、产品稳定性、抓取确认和放置要求同样影响总周期时间。

末端工装

末端工装（EOAT）直接抓取或承托产品，可包括：

• 真空吸盘
• 气动夹爪
• 水口夹爪
• 产品在位传感器
• 镶件装载治具
• 快换板

EOAT 应根据实际产品、水口和模具布局进行设计。工装不当可能导致抓取失败、产品变形或表面损伤。

控制系统

控制器存储机械手程序，并管理与注塑机及下游设备的通信。

操作员可使用它调整位置和速度、监控信号、检查报警，并为不同产品选择程序。

如何选择合适的 3 轴机械手

1. 计算总负载

常见的错误是仅根据成型件重量选择机械手负载。机械手必须承载完整的运动负载：

对于多腔模具，应计入单次周期内取出的所有产品的总重量；若机械手同时取出水口，其重量也必须计入。

末端工装可能占总负载的很大比例，尤其是当它包含多个夹爪、传感器、镶件装载治具或剪切装置时。

所需负载应包含适当的工程余量，而非与计算负载完全相等。

2. 确认所需行程

机械手必须有足够的行程以：

• 到达模具内的取件位置
• 越过拉杆和模板
• 安全取出产品
• 退出模具区域
• 到达下料位置
• 与下游设备衔接

行程选择应基于注塑机、模具、末端工装和生产布局。

重要信息包括：

• 机台高度
• 模板尺寸
• 拉杆间距
• 模具尺寸
• 开模行程
• 产品位置
• 末端工装尺寸
• 下料位置

不要仅凭注塑机吨位选择机械手。在确认机械手配置前，应审阅布局图。

3. 评估完整周期时间

机械手的最大轴速度并不等于其实际取出时间。

一个完整周期包括：

• 机械手进入
• 抓取产品
• 取件确认
• 机械手退出
• 产品放置
• 机械手返回

模具保持开启的时间尤为重要，因为它会影响整体成型周期。

比较机械手型号时，应根据实际行程距离、产品、末端工装和放置操作来评估性能，而非空载最大速度参数。

4. 使末端工装匹配产品

真空吸盘适用于表面可接触并能形成稳定密封的产品；机械夹爪更适合水口、料头、边缘或无可用真空表面的产品。

末端工装设计应考虑：

• 产品形状与重量
• 产品温度
• 表面纹理
• 模腔数量
• 可用抓取点
• 水口位置
• 模具间隙
• 所需姿态方向

在允许合模前，传感器应确认产品已被成功取出。

5. 检查机台兼容性

机械手与注塑机必须交换运行和安全信号。

控制时序通常需要管理：

• 开模状态
• 机械手进入许可
• 机械手安全位置确认
• 合模许可
• 顶出操作
• 故障与紧急状况

安装前应确认信号定义和机台接口兼容性。

对于现有注塑机，应向机械手供应商提供机台型号、控制系统信息、接口细节和可用的电气图纸。

6. 明确下料操作

制造商应明确机械手取出产品后需要执行的操作。

可能的操作包括：

• 将水口投入破碎机
• 将产品放到输送带上
• 按模腔区分产品
• 将产品装入托盘
• 产品码垛
• 将产品移送至检测设备
• 为装配或包装定位产品

这些要求会影响机械手行程、末端工装、传感器、控制程序和生产单元布局，应在机械手配置最终确定前予以明确。

何时应考虑其他类型的机械手？

当工艺主要需要直线取放时，三轴机械手较为合适。当产品需要以下动作时，五轴或六轴机械手可能更为合适：

• 旋转或改变姿态
• 沿复杂路径运动
• 从不同角度接近设备
• 执行灵活的装配操作
• 到达多个下游工位

更多轴数并不自动意味着更好的方案。额外的运动轴应仅在应用确有需要时选用，因为它可能增加成本、编程和维护的复杂性。

选型需要提供的信息

在申请报价前，请准备以下信息：

现有生产过程的照片或视频也有助于工程师了解开模方式、人工取件方法、可用空间和产品姿态。

IVIROBOT 三轴机械手解决方案

IVIROBOT 提供用于注塑取出和自动化取放的 3 轴机械手。这些机械手可支持取件、水口处理、镶件装载、分拣、码垛以及向下游设备的移送。

客户可查看 IVIROBOT 三轴机械手系列 ，了解适用于不同注塑机和工位空间需求的配置方案。

应用评估可考虑：

• 总负载
• 所需轴行程
• 模具与机台尺寸
• 目标周期时间
• 末端工装要求
• 产品放置位置
• 可用工厂空间
• 周边设备集成

IVIROBOT 还发布了 意大利注塑取件机械手项目，展示了不同机械手配置如何匹配不同的机台规格和生产需求。

根据项目情况，IVIROBOT 可提供机械手配置、定制末端工装、机台接口规划、安装、调试以及 机械手服务与技术支持.

结论

选择 3 轴机械手不止于将机械手与注塑机吨位相匹配。合适的配置应基于：

• 总负载
• 有效行程
• 模具与机台尺寸
• 目标周期时间
• 末端工装设计
• 机台兼容性
• 产品放置要求
• 工厂空间
• 下游自动化

尽早提供完整的项目信息，有助于在安装前发现与负载、行程范围、工装、间隙和周期时间相关的潜在问题。

如需针对具体应用的建议， 向 IVIROBOT 申请三轴机械手配置评估 。请提供您的机台型号、模具尺寸、产品与水口重量、目标周期时间、取件位置和下料要求。