CN101032857A - 螺杆注射机的数控方法及数控螺杆注射机 - Google Patents

Abstract

一种螺杆注射机的数控方法及数控螺杆注射机，属于化工机械材料成型设备领域，包括输入运行数据、工控微计算机控制电动机运行，其特征在于：电动机采用开关磁阻调速电动机，根据输入设备提供的数据，经过工控微计算机运算，控制开关磁阻调速电动机动作，开关磁阻调速电动机驱动螺杆注射机动作。由开关磁阻调速电动机驱动，可以数控电动机的角位移和角速度，极大地简化螺杆注射机的构造，使得实现上述方法的数控螺杆注射机的各执行装置具有无级调控、稳定性高和成型过程数字化等优点。

Description

螺杆注射机的数控方法及数控螺杆注射机

技术领域

本发明涉及一种螺杆注射机的数控方法及数控螺杆注射机，属于化工机械材料成型设备领域。

背景技术

螺杆注射成型机的发展趋势为全电动驱动，最新的全电动螺杆注射成型机采用交流伺服电动机驱动，专利申请号为CN99256609.6名称为：高智能数码式电动注塑机，采用了交流伺服电动机驱动，专利申请号为CN03230727.6名称为：三相交流直接转矩控制全电动注塑机专用控制电脑，采用了转矩控制电动机驱动，上述装置存在价格昂贵，控制方式复杂，易损，不容易维修等缺点，最主要的是电动机不能控制角位移、角速度。注射机的执行机构各装置需要位移、速度、压力准确可控，频繁起停、频繁往复移动，这成为本领域难以解决的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种螺杆注射机的数控方法，能够微机智能数控电动机角位移和角速度以及起停、正反转，易实现螺杆注射机各执行装置的运动时间、位移、速度和压力的数字化控制的方法，解决本领域长期以来难以解决的技术难题。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种结构简单、成本低，工作效率高，实现上述数控的螺杆注射机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该螺杆注射机的数控方法，包括输入运行数据、工控微计算机控制电动机运行，其电动机采用开关磁阻调速电动机，根据输入设备提供的数据，经过工控微计算机运算，控制开关磁阻调速电动机动作，开关磁阻调速电动机驱动螺杆注射机动作。

所述的开关磁阻调速电动机包括电动机和控制器，电动机安装有角位移传感器，电动机依靠脉冲供电方式工作，控制器给电动机控制指令，控制电动机的角位移、角速度以及起动、停止、正转、反转、加速、减速、点动和位置保持。

所述的输入设备提供的数据，包括在工控微计算机上分段或不分段输入和设定材料名称、制品体积V、注射速度v₁、螺杆转速n、保压时间t₁、冷却时间t₂、顶出时间t₃、合模时间t₄、射座移动时间t₅、调模行程s₆、注射压力p₁、保压压力p₂、背压压力p₃、合模力P₄、顶出力P₅、喷嘴接触力P₆、模腔数m的工作参数数值，以及控制器数据信息、螺杆注射机上的传感器数据信息和按钮板开关信号。

所述的根据输入设备提供的数据，经过工控微计算机运算，包括由螺杆注射机上的应力传感器检测合模力P₄、顶出力P₅、喷嘴接触力P₆的数据信息，数据信息传给工控微计算机，工控微计算机确定合模行程S₄和角位移A₄、顶出行程S₃和角位移A₃、射座移动行程S₅和角位移A₅。

所述的工控微计算机运算，根据公式 $S_1=k\frac{4V}{\mathrm{\π}{D_S}^2},$ $A=2\mathrm{\π}\frac{S}{h},$ $\mathrm{\α}=2\mathrm{\π}\frac{s}{h},$ $\mathrm{\ω}=2\mathrm{\π}\frac{v}{h}=2\mathrm{\π}\frac{S}{\mathrm{ht}},$ 计算出各开关磁阻调速电机的角位移和角速度，其中α为角位移的位置，A为全行程角位移，ω为角速度，s为直线位移的位置，S为全行程直线位移，v为直线速度，h为螺杆螺纹的导程，V为制品体积，t为运动时间，D_s为螺杆外径，k为修正系数，S₁为注射位移。

所述的开关磁阻调速电动机驱动螺杆注射机动作，工作起动时，开关磁阻调速塑化电机3以i×n转动，当螺杆19头部的压力达到背压压力值p₃时，应力传感器32的检测值为p₃，工控微计算机控制开关磁阻调速注射电机2反转，螺母33后移，螺杆19边转边退，开关磁阻调速注射电机2退到角位移为A₁时制动，开关磁阻调速塑化电机3制动，同时开关磁阻调速合模电机5起动角速度ω₄，带动螺杆75转动，经过角位移A₄，使模具闭合，保持位置；开关磁阻调速射座电机1起动正转角速度ω₅，射座13和喷嘴18前移，经过角位移A₅后停止；开关磁阻调速注射电机2正转起动，带动螺杆34角速度ω₁，把熔料注入到模腔内，在传感器32压力小于保压压力p₂时微进，保压时间启动计时，当传感器32压力等于保压压力p₂时保持位置，保压时间达到t₁后，冷却时间开始计时，开关磁阻调速射座电机1反转角位移A₅，达到冷却时间t₂时，开关磁阻调速合模电机5反转角位移A₄，开模，开关磁阻调速顶出电机4以角速度ω₃正转角位移A₃，顶出制件，后反转回到初始位置。

根据上述数控方法设计的数控螺杆注射机，包括螺杆注射机和工控微计算机，其特征在于：设置的开关磁阻调速电动机包括开关磁阻调速塑化电机、开关磁阻调速注射电机、开关磁阻调速射座电机、开关磁阻调速合模电机、开关磁阻调速顶出电机和开关磁阻调速调模电机，开关磁阻调速塑化电机连接螺杆注射机的螺杆转动塑化装置、开关磁阻调速注射电机连接螺杆移动注射装置、开关磁阻调速射座电机连接射座移动装置、开关磁阻调速合模电机连接合模装置、开关磁阻调速顶出电机连接顶出装置和开关磁阻调速调模电机连接调模装置，开关磁阻调速电动机连接控制器，控制器连接转换器，转换器连接工控微计算机，传感器安装在螺杆注射机上，数据采集卡分别连接工控微计算机、传感器和按钮板。

所述的传感器包括应力传感器、物位传感器、温度传感器和电流传感器。

所述的应力传感器的安装位置在轴承座、拉杆上和顶杆的一端，物位传感器安装在料斗中，温度传感器分别安装在喷嘴、料筒前区、料筒中区和料筒后区，电流传感器安装在电源输入端。

开关磁阻调速电动机与各装置的连接分别是，开关磁阻调速射座电机连接射座移动装置是指开关磁阻调速射座电机1通过螺旋副传动连接滑块12，滑块12、射座13一体沿导轨14滑动，开关磁阻调速注射电机连接螺杆移动注射装置是指开关磁阻调速注射电机2通过螺旋副传动和轴承30连接螺杆19，开关磁阻调速塑化电机连接螺杆转动塑化装置是指开关磁阻调速塑化电机3的通过齿轮传动和花键传动，连接螺杆19，开关磁阻调速顶出电机连接顶出装置是指开关磁阻调速顶出电机4通过花键传动和螺旋副传动连接顶杆49，开关磁阻调速合模电机连接合模装置是指开关磁阻调速合模电机5通过螺旋副传动和五柱销肘杆机构连接移动模板46，开关磁阻调速调模电机连接调模装置是指开关磁阻调速调模电机6通过链传动和螺旋副传动连接后固定模板82。

与现有技术相比，该螺杆注射机的数控方法及数控螺杆注射机所具有的有益效果是：通过设置开关磁阻调速电动机提供螺杆注射机动力，控制器即时控制开关磁阻调速电动机的角位移和角速度，工控微计算机通过设定的计算方式，将计算结果通过控制器控制开关磁阻调速塑化电机、开关磁阻调速注射电机、开关磁阻调速射座电机、开关磁阻调速合模电机、开关磁阻调速顶出电机和开关磁阻调速调模电机。由开关磁阻调速电动机驱动，可以数控电动机的角位移和角速度，极大地简化螺杆注射机的构造，螺杆注射机的执行机构各装置的运动与开关磁阻调速电机角位移和角速度刚性相关，通过控制开关磁阻调速电机的角位移、角速度以及起停、正反转和对应力传感器的反馈，实现螺杆注射机执行机构各装置转动、移动输出特性和压力特性的微机智能柔性化数字化无级调控，可以提供低压、中压、高压、低速、中速、高速，达到螺杆注射机的执行机构各装置运动能按照所加工产品的不同、工艺要求的不同和材料的不同而变化的目的。本发明的螺杆注射机还可以达到起动性能好，对电网无冲击，传动安全可靠，稳定性高，使用寿命长，保护可靠，低速运行不发热，效率高，节能；不使用液压传动，清洁，安装和维修方便。同时，还具有成型过程数字化，具有信息容量大、操作直观方便，较强的计算和自诊断能力、故障报警、模具参数储存、压力和流量无级可调、在线设定、修改参数、在线监测动作状态、人机会话方式、中文提示等功能。

附图说明

图1是本发明数控螺杆注射机的结构示意图。

图2是本发明数控螺杆注射机塑化装置、注射装置、射座装置结构示意图。

图3是本发明数控螺杆注射机调模装置、合模装置、顶出装置结构示意图。

图4是图1的控制电路原理框图。

图5是图1的控制电路原理图。

图6是数控螺杆注射机实施例2合模装置、顶出装置结构示意图。

图7是数控螺杆注射机实施例3合模装置结构示意图。

图8是数控螺杆注射机实施例4合模装置结构示意图。

图1-5是本发明螺杆注射机的数控方法及数控螺杆注射机的最佳实施例，图1-8中：

8、19、34、47、52、75、76、87、92螺杆  9、24、26、29、30、35、42、68、73轴承  10、72轴承座  11、33、45、51、63、65、88、93螺母  12、37、89、95滑块  13射座  14、38、81、90、96导轨  15柱销  16射台  17电阻加热器  18喷嘴  21料筒  22料斗  25、44、花键轴  27小齿轮  28大齿轮  31、43轴承座板  36、40、41、66联轴器  40、71、74、85支架  46、94移动模板  49顶杆  50前固定模板  53定模浇口  54、56、58、60、62铰销  55前连杆  57、86后连杆  59撑座  61中间杆  64十字头  67链轮  69、70轴  77链条  78链轮  79垫圈  82后固定模板  83拉杆  84机身  91、97连接板。

U1(1)开关磁阻调速射座电机  U2(2)开关磁阻调速注射电机  U3(3)开关磁阻调速塑化电机  U4(4)开关磁阻调速顶出电机  U5(5)开关磁阻调速合模电机U6(6)开关磁阻调速调模电机  U7-U12电机控制器  U13转换器  U14(7)电机  U15数据采集卡  U16工控微计算机  U17键盘  U18显示屏  U19双向可控硅  U20功率放大器  U21-24固态继电器  T1-T4(20)温度传感器  T5(23)物位传感器  T6-T9(32)、(39)、(48)、(80)应力传感器  T10-T14电流传感器  R1-R8加热电阻  S1三刀开关  S2-S6开关。

具体实施方式

下面结合图1-8对本发明螺杆注射机的数控方法及数控螺杆注射机作进一步说明：

实施例1：

如图1所示：数控螺杆注射机主要由射座装置、注射装置、塑化装置、顶出装置、合模装置和调模装置组成，各装置的电机分别采用开关磁阻调速射座电机1、开关磁阻调速注射电机2、开关磁阻调速塑化电机3、开关磁阻调速顶出电机4、开关磁阻调速合模电机5和开关磁阻调速调模电机6。开关磁阻调速射座电机1、开关磁阻调速注射电机2、开关磁阻调速塑化电机3、开关磁阻调速顶出电机4、开关磁阻调速合模电机5和开关磁阻调速调模电机6分别安装在射座装置、注射装置、塑化装置、顶出装置、合模装置和调模装置上。

如图2所示：射座装置的开关磁阻调速射座电机1输出轴通过联轴器40与螺杆8连接，轴承9与轴承座10连接，螺母11与螺杆8螺旋副传动，螺母11与滑块12联结为一体，滑块12与射座13联结为一体，滑块12与导轨14滑动配合，射台16与射座13通过柱销15连接在一起。

注射装置的开关磁阻调速注射电机2的输出轴通过联轴器36连接螺杆34，螺杆34通过轴承35安装在射台16内，螺杆34与螺母33螺旋副传动，螺母33与滑块37联结为一体，射台16上设置有导轨38，导轨38与滑块37滑动配合，轴承座板31与滑块37连接为一体，轴承座板31通过轴承30连接花键轴25，花键轴25与螺杆19连接为一体，螺杆19和花键轴25通过轴承24连接射台16。

塑化装置的开关磁阻调速塑化电机3的输出轴连接小齿轮27，小齿轮27与大齿轮28啮合，花键轴25与大齿轮28内的花键孔滑动配合，小齿轮轴通过轴承26连接射台16。

应力传感器32安装在轴承座板31上。应力传感器39安装在轴承座10上。物位传感器23安装在料斗22中。温度传感器20四个分别安装在喷嘴18以及料筒21的前区、中区和后区。电阻加热器17安装在料筒21上。

如图3所示：顶出装置的开关磁阻调速顶出电机4安装在支架85上，支架85与移动模板46联结为一体，开关磁阻调速顶出电机4的输出轴通过联轴器41连接花键轴44的一端，花键轴44套在螺杆47一端内，花键轴44与螺杆47内孔花键滑动配合，螺杆47的另一端与顶杆49连接为一体，花键轴44外圆段连接轴承42，轴承42连接轴承座板43，轴承座板43与移动模板46连接为一体，螺母45与螺杆47螺旋副传动，螺母45与移动模板46联结为一体。

应力传感器48安装在顶杆49一端。

合模装置的开关磁阻调速合模电机5安装在支架74上，支架74与后固定模板82联结为一体，输出轴70通过联轴器66连接螺杆75，螺杆75外圆段通过轴承73安装在后固定模板82内，螺母65与螺杆75螺旋副传动，十字头64与螺母65连接为一体，十字头64与中间杆61通过铰销62连接，中间杆61通过铰销60连接后连杆57，后连杆57通过铰销56连接前连杆55的一端，前连杆55的另一端通过铰销54连接移动模板46。撑座59的一端通过铰销58连接后连杆57，撑座59的另一端与后固定模板82联结为一体。以机身的对称轴线为中心分布四根拉杆83，四根拉杆83分别连接后固定模板82、移动模板46和前固定模板50，四根螺杆76与拉杆83的一端连接，四根螺杆52与拉杆83的另一端连接，移动模板46与拉杆83滑动配合，前固定模板50与机身84联结为一体。

应力传感器80安装在拉杆83上。

调模装置的开关磁阻调速调模电机6安装在支架71上，支架71与后固定模板82联结为一体。输出轴69与链轮67联结为一体，轴69通过轴承68安装在轴承座72上，链轮67通过链条77与链轮78链条传动，链轮78的内孔有螺纹，内孔的螺纹与螺杆76螺旋副连接，螺杆76与拉杆83的一端连接为一体，链轮78的端部与垫圈79相配合，垫圈79套在螺杆76外被链轮78压紧在后固定模板82上，后固定模板82与导轨81滑动配合，螺母63与螺杆76螺旋副连接。

如图4所示：工控微计算机连接数据采集卡、键盘和显示屏，通过转换器连接控制器，数据采集卡连接按钮板、功率放大器和传感器。功率放大器连接固态继电器、双向可控硅。控制器分别连接开关磁阻调速射座电机、开关磁阻调速注射电机、开关磁阻调速塑化电机、开关磁阻调速顶出电机、开关磁阻调速合模电机和开关磁阻调速调模电机，开关磁阻调速射座电机、开关磁阻调速注射电机、开关磁阻调速塑化电机、开关磁阻调速顶出电机、开关磁阻调速合模电机和开关磁阻调速调模电机分别连接射座装置、注射装置、塑化装置、顶出装置、合模装置和调模装置，射座装置、注射装置、塑化装置、顶出装置、合模装置和调模装置组成螺杆注射机。螺杆注射机连接传感器、电阻加热器。双向可控硅连接一个电机，该电机连接润滑油泵，润滑油泵施加润滑油给螺杆注射机。

如图5所示的电路原理图，开关磁阻调速射座电机U1的A1、A2、B1、B2、C1、C2端连接电机控制器U7的A1、A2、B1、B2、C1、C2端，开关磁阻调速射座电机U1的角度位置信号ANG端连接电机控制器U7的ANG1端，开关磁阻调速电动机U1的RS232信号端连接转换器U13。开关磁阻调速注射电机U2的A1、A2、B1、B2、C1、C2端连接电机控制器U8的A1、A2、B1、B2、C1、C2端，开关磁阻调速注射电机U2的角度位置信号ANG端连接电机控制器U8的ANG1端，开关磁阻调速注射电机U2的RS232信号端连接转换器U13。开关磁阻调速塑化电机U3、开关磁阻调速顶出电机U4、开关磁阻调速合模电机U5和开关磁阻调速调模电机U6分别按照以上连接方式连接电机控制器U9-U12。转换器U13的RS232端连接工控微计算机U16的RS232端，手动按钮板的五个按钮开关S2-S6，分别连接到数据采集卡U15的DI0、DI2、DI4、DI6、DI8端口。温度传感器T1-T4、物位传感器T5、应力传感器T6-T9、电流传感器T10-T14连接于数据采集卡U15的AI1-AI11、AI13、AI15、AI17端口相连。AI2端口连接三相电流传感器T10，三相电源A、B、C通过开关S1连接各开关磁阻调速电机电源L1、L2、L3。电阻加热器的加热电阻R1-R8通过固态继电器U21-U24连接功率放大器U20。功率放大器U20与数据采集卡U15的D00、D02、D04、D06相连。功率放大器U20还连接数据采集卡U15的D08和双向可控硅U19。双向可控硅U19连接电机U14。数据采集卡U15的输出端与工控微计算机U16相连。键盘U17和显示屏U18连接于工控微计算机U16。

实施例2：

如图6所示：与实施例1图3不同的是合模装置中的后连杆86连接柱销56和柱销58，中间杆61连接柱销62和柱销56。顶出装置中螺杆87通过螺母88、滑块89、连接板91连接顶杆49，螺杆87与螺母88螺旋副传动，螺母88与滑块89连接为一体，滑块与导轨90滑动连接，连接板91与滑块89连接为一体，顶杆49的一端与连接板91连接为一体，导轨90固定在移动模板46内。

实施例3：

如图7所示：与实施例1图3不同的是合模装置中螺杆92与螺母93螺旋副传动，螺母93与移动模板94连接为一体。

实施例4：

如图8所示：与实施例2图6不同的是合模装置中的螺母65与滑块95连接为一体，滑块95与导轨96滑动配合，滑块96连接板97连接为一体，导轨96固定在机身84上。后连杆86通过柱销58连接后固定模板82。

本发明的螺杆注射机的数控方法，主要有：

在工控微计算机上分段或不分段输入和设定材料名称、制品体积V、注射速度v₁、螺杆转速n、保压时间t₁、冷却时间t₂、顶出时间t₃、合模时间t₄、射座移动时间t₅、调模行程s₆、注射压力p₁、保压压力p₂、背压压力p₃、合模力P₄、顶出力P₅、喷嘴接触力P₆、模腔数m的工作参数数值，开关磁阻调速电动机控制器数据信息、螺杆注射机上的传感器数据信息和按钮板开关信号输入工控微计算机。

由螺杆注射机上的应力传感器检测合模力P₄、顶出力P₅、喷嘴接触力P₆，数据信息传给工控微计算机，工控微计算机确定合模行程S₄和角位移A₄、顶出行程S₃和角位移A₃、射座移动行程S₅和角位移A₅。

$\mathrm{\α}=2\mathrm{\π}\frac{s}{h},$ $A=2\mathrm{\π}\frac{S}{h}\·\·\·\left(1\right)$

$v=\frac{s}{t}\·\·\·\left(2\right)$

$\mathrm{\ω}=\frac{2\mathrm{\π}}{h}v=2\mathrm{\π}\frac{S}{\mathrm{ht}}\·\·\·\left(3\right)$

$S_1=k\frac{V}{A}=k\frac{4V}{{\mathrm{\π}{D}_s}^2}\·\·\·\left(4\right)$

n₀＝in                              (5)

α₀₆＝i₆α₆                         (6)

式中α为角位移的位置(rad)；ω为角速度(rad/s)；s为直线运动位移的位置(m)；A为全行程角位移(rad)，S为全行程直线位移(m)，v为直线运动速度(m/s)；h为螺杆螺纹的导程(m)；t为运动时间，D_s为螺杆外径，k为修正系数，V为制品体积、v₁为注射速度，n为螺杆转速，i为传动比，n₀为开关磁阻调速塑化电机转速，i₆为链传动的传动比，S1为注射位移。

工控微计算机运算根据公式(1)-(6)，计算出各开关磁阻调速电机的角位移和角速度，由输入值制品体积V、注射速度v₁计算出开关磁阻调速注射电机的角位移A₁和角速度ω₁，由顶出行程S₃和顶出时间t₃计算出开关磁阻调速顶出电机角速度ω₃、由合模行程S₄和合模时间t₄计算出开关磁阻调速合模电机角速度ω₄，由射座移动行程S₅和射座移动时间t₅计算出开关磁阻调速射座电机角速度ω₅，由调模行程s₆计算出开关磁阻调速调模电机角位移i₆α₆。

实现上述数控方法的数控螺杆注射机，以实施例1为例，其工作原理和过程如下：

工作原理和过程分为样机、试模、生产工作三种状况。样机试验时，在轴承座10上设置应力传感器39，启动样机，工控微计算机控制开关磁阻调速射座电机1起动低速正转，驱动螺杆8正转，螺母11与滑块12和射座13一起移动，驱动射座13上的喷嘴18朝着定模浇口53方向移动，当喷嘴18与定模浇口53接触时，应力传感器39检测值达到喷嘴接触力P₆，工控微计算机记录此时开关磁阻调速射座电机1转过的角位移A₅和射座移动行程S₅。试模时，先在工控微计算机上输入调模行程s₆、合模力P₄、顶出力P₅的工作参数数值；调模启动，松开螺母63，开关磁阻调速调模电机6转动，转过角位移i₆α₆，驱动链轮67转动，通过链传动，链轮78螺旋运动使后固定模板82沿导轨81移动调模行程s₆，后紧固螺母63。启动试模，工控微计算机控制开关磁阻调速合模电机5低速正转起动，带动螺杆75转动，螺母65移动，推动合模机构动作，驱动移动模板46运动，移动模板46使模具闭合，当应力传感器80监测的值达到合模力P₄时，开关磁阻调速合模电机5停止转动，位置保持，工控微计算机储存此时的角位移量A₄和合模行程S₄的值；开关磁阻调速顶出电机4低速正转起动，通过花键轴44驱动螺杆47螺旋运动，顶出制件，当应力传感器48监测的值达到顶出力P₅，工控微计算机记录此时开关磁阻调速顶出电机4转过的角位移A₃和顶出行程S₃。然后在工控微计算机上分段或不分段输入和设定材料名称、制品体积V、注射速度v₁、螺杆转速n、保压时间t₁、冷却时间t₂、顶出时间t₃、合模时间t₄、射座移动时间t₅、注射压力p₁、保压压力p₂、背压压力p₃、模腔数m的工作参数数值，进行加工试运行。在生产工作起动时，工控微计算机控制开关磁阻调速塑化电机3起动正转，通过齿轮27、28传动带动螺杆19以输入值的转速n转动，在料斗22中的物料由料斗落入料筒21中，物料随着螺杆19的转动朝着喷嘴18方向输送，在输送过程中，物料经电阻加热器17加热塑化成熔料，当螺杆19头部的熔料压力达到背压压力值p₃时，在螺杆端部应力传感器32的值达到输入设定值p₃，开关磁阻调速注射电机2反转，注射装置的螺母33与滑块37向后/远离喷嘴方向移动，螺杆19边转边退，当退到注射行程S₁即开关磁阻调速注射电机2的角位移为A₁时，开关磁阻调速注射电机2制动，开关磁阻调速塑化电机3制动，同时开关磁阻调速合模电机5起动以角速度ω₄，带动螺杆75转动，十字头64中螺母65直线移动，推动合模机构动作，经过角位移A₄和合模行程S₄，移动模板46沿拉杆运动使模具闭合，开关磁阻调速合模电机5停止转动，保持位置；同时，开关磁阻调速射座电机1起动正转角速度ω₅，射座13上的装置朝定模浇口53方向前移，经过角位移A₅和射座移动行程S₅，喷嘴18与定模浇口53接触，开关磁组射座电机1停止转动；开关磁阻调速注射电机2正转起动，带动螺杆34角速度达到ω₁，螺杆端部应力传感器32的值达到输入设定值p₁，把熔料以注射压力p₁、注射速度v₁注入到模腔内，当熔料充满模腔后，开关磁阻调速注射电机2在传感器32压力小于保压压力p₂时微进，保压时间t₁启动计时，直到传感器32压力等于保压压力p₂，开关磁阻调速注射电机2保持位置，保压时间达到t₁时，冷却时间t₂开始计时，工控微计算机控制开关磁阻调速射座电机1反转角位移A₅，使喷嘴18与定模浇口53分离，整个射座回到初始位置，同时工控微计算机控制开关磁阻调速塑化电机起动开始下一个循环，当达到冷却时间t₂时，开关磁阻调速合模电机5起动反转角位移A₄，开模，回到初始位置后制动，工控微计算机控制开关磁阻调速顶出电机4以角速度ω₃正转，花键轴44转动，带动螺杆47螺旋运动，顶杆49直线运动，经过角位移A₃顶出行程S₃，顶出制件，后起动反转回到初始位置，制动和停止。

温度传感器T1-T4检测温度，数据传给工控微计算机，当检测温度大于或小于按材料名称所确定的加工温度时，工控微计算机控制固态继电器的导通或关断。物位传感器T5检测料斗中物料的位置，数据传给工控微计算机，当物料位置低于传感器的位置时，工控微计算机发出警示信号。电流传感器T10-T14检测电流的值，在工控微计算机上实时显示，工控微计算机统计用电量，生成生产报表。

当按下停止/制动按钮时，开关动作信号通过数据采集卡的开关量DI端口输入微机，微机发制动指令，控制器制动电机，螺杆注射机停止在所制动的位置上。

按钮开关有五个分别为点动按钮、手动按钮、半自动按钮、全自动按钮、制动按钮。在键盘和触摸屏上设置：(1)点动按钮，启动点动时，在键盘上的按钮有十二个起作用：射座电机正反转点动按钮、注射电机正反转点动按钮、塑化电机正反转点动按钮、顶出电机正反转点动按钮、合模电机正反转点动按钮、调模电机正反转点动按钮，当按住相应的点动按钮时，相应的电机启动点动状态，电机慢速转动，松开按钮，电机制动，动作停止。(2)手动按钮，启动手动时，在键盘上的按钮有十三个：射座电机前进与后退按钮、注射电机前进与后退按钮、塑化电机正转与反转、顶出电机前进与后退按钮、合模电机前进与后退按钮、调模电机前进与后退按钮和停止按钮，当按下手动按钮时，相应的电机启动手动状态，电机慢速转动，直到完成该动作为止，当电机角位移到达控制点，电机制动(塑化电机为按下停止按钮)，动作停止。(3)半自动按钮关上安全门后，工艺全过程的各个动作按顺序自动进行，完成一个工作循环；打开安全门人工取出制品。当安全门再次关闭后，进行下一次的工作循环。(4)全自动按钮关上安全门，注射机一个工作循环接一个工作循环自动进行下去。

顶出电机动作往返一次，计数器增1×模腔数m。初始设定值可为0。

屏幕通过图形动画及菜单显示输入运行数据所设定的参数和过程参数及过程变化曲线，显示屏的级联菜单实时显示开关磁阻调速射座电机U1、开关磁阻调速注射电机U2、开关磁阻调速塑化电机U3、开关磁阻调速顶出电机U4、开关磁阻调速合模电机U5和开关磁阻调速调模电机U6的运动时间和角位移量、角速度，射座移动装置、螺杆移动注射装置、螺杆转动塑化装置、顶出装置、合模装置、调模装置的压力、运动时间和位移量、速度，以及主要参数注射速度、注射时间、保压时间、冷却时间，注射压力、保压压力、背压压力；喷嘴温度、螺杆筒各段温度；料斗余料高度；开机设置、停机设置、电流数值、单步时间、周期时间、产量、报警提示等过程参数和机器参数的数字图表。自动生成生产报表。

可以在样机的摩擦部位上设置温度传感器，温度传感器数值通过数据采集卡传给工控微计算机，当温度大于设定值时，工控微计算机启动润滑电机，施加润滑油，工控微计算机存储润滑的间隔时间，供其他同类型号的注射机使用。

试验样机在测定出射座移动行程后，储存在工控微计算机内，供其他同型号注射机使用时，应力传感器39可只在试验样机上设置。由于工控微计算机的记忆存储功能，在新模具及其制品第一次加工时试模运行，工控微计算机自动储存运行数据，当不更换模具或加工生产同样的工件时，工控微计算机自动执行存储的运行数据，直到数据变更。其他分析数据可直接存储在工控微计算机内，工控微计算机自动提示输入相应的数据。

可以把计算公式编程输入工控微计算机，如在确定冷却时间t₂时，可采用公式

${\mathrm{\τ}}_2=\frac{-{\mathrm{\δ}}^2}{2\mathrm{\πD}}\ln \left[\frac{\mathrm{\π}}{4}\left(\frac{T_x-T_m}{T_c-T_m}\right)\right]$

式中，τ₂为最短冷却时间，δ制品最大厚度，D塑料热扩散系数，T_x为塑料脱模温度，也可取塑料热变形温度，T_m为模具温度，T_c为塑料注射温度。

当更换新模具时，可先采用试验模具，在试验模具上安装温度传感器，温度传感器数值通过数据采集卡传给工控微计算机，工控微计算机记录储存其数值，并计算出τ₂值，供工控微计算机智能化操作使用；可在模腔内设置熔体压力传感器检测模腔压力，还可以设置温度传感器，监测料斗温度、冷却液温度，供工控微计算机智能化操作使用。

可以在前固定模板50的模具分模面处安置摄像头和视觉传感器，监测注塑件的出件情况和异物情况。当物件进入工作区内时或当应力传感器的值大于设定时，传感器的信号驱动微机发制动指令，报警提示灯亮，发出声音提示，机器自动紧急制动，然后电动机自动反向慢速旋转，滑块退回，卸载。

电机控制器U7-U12选用为SRD10系列，数据采集卡U15可选用PCI-1710，应力传感器T6-T9为电阻应变式。物位传感器T5可选用射频电容物位变送器或位移传感器。工控微计算机U16可选用IPC610-P4 2.0/256M/40G工作平台，也可用微处理器(CPU)、单片机、可编程计算机、可编程控制器(PLC)等具有计算处理功能的单元来代替。数据采集卡U15也可用其它形式的数据采集板或装置来替代。显示屏U18可选用触摸式显示屏。当电机控制器的显示屏和键盘改为通用显示屏和键盘时，数据采集系统与电机控制器可集成在一箱体内，即把数据采集卡、显示屏、键盘、工控微计算机和电机控制器集成为一箱体。工控微计算机支撑软件丰富，联网极为方便，适合远程控制和制造业信息化的需求。

本发明的合模装置也可用单肘杆式、双肘杆撑板式。调模装置也可以用调节连杆长度装置来代替。顶出装置也可以用机械顶出装置来代替。注射装置的齿轮传动也可用皮带传动代替。也可用行程开关和继电器来辅助控制。螺杆8、34、47、75、87、92可选用滚珠丝杠式螺杆。联轴器可选用刚性联轴器。当需要大扭矩时，可在电动机输出轴增设齿轮传动。当需要增加插芯装置时，插芯装置可采用顶出装置的结构。

本发明的可用于卧式注射成型机、立式注射成型机、角式注射成型机、多模注射成型机、通用型注射成型机、专用型注射成型机、偏心注射成型机、多组分注射成型机、带有两个或两个以上注射装置的双色或多色注射成型机、垂直结构螺杆注射机、顺序注射成型机、气体辅助注射成型机、挤注成型机、串联式注射成型机、两级或多级式注射成型机、多工位注射成型机、热固性注塑机、结构发泡注塑机、反应注塑机、注射压缩成型机、注射吹塑成型机、注射-拉伸-吹塑成型机、气体辅助注射成型机、排气式注射机、复合注射成型机、高速型注射成型机、精密或超精密注射成型机、粉末压制成型机、专用注塑机。所加工的材料可以是热塑性塑料、热固性塑料、发泡型材料、粒状材料、粉状材料和其他非金属材料。当采用耐热合金材料制作螺杆注射机工作零件时，本发明的螺杆注射机也可加工金属材料。

Claims (10)

1、螺杆注射机的数控方法，包括输入运行数据、工控微计算机控制电动机运行，其特征在于：电动机采用开关磁阻调速电动机，根据输入设备提供的数据，经过工控微计算机运算，控制开关磁阻调速电动机动作，开关磁阻调速电动机驱动螺杆注射机动作。

2、根据权利要求1所述的螺杆注射机的数控方法，其特征在于：所述的开关磁阻调速电动机包括电动机和控制器，电动机安装有角位移传感器，电动机依靠脉冲供电方式工作，控制器给电动机控制指令，控制电动机的角位移、角速度以及起动、停止、正转、反转、加速、减速、点动和位置保持。

3、根据权利要求1所述的螺杆注射机的数控方法，其特征在于：所述的输入设备提供的数据，包括在工控微计算机上分段或不分段输入和设定材料名称、制品体积V、注射速度v₁、螺杆转速n、保压时间t₁、冷却时间t₂、顶出时间t₃、合模时间t₄、射座移动时间t₅、调模行程s₆、注射压力p₁、保压压力p₂、背压压力p₃、合模力P₄、顶出力P₅、喷嘴接触力P₆、模腔数m的工作参数数值，以及控制器数据信息、螺杆注射机上的传感器数据信息和按钮板开关信号。

4、根据权利要求1所述的螺杆注射机的数控方法，其特征在于：所述的根据输入设备提供的数据，经过工控微计算机运算，包括由螺杆注射机上的应力传感器检测合模力P₄、顶出力P₅、喷嘴接触力P₆的数据信息，数据信息传给工控微计算机，工控微计算机确定合模行程S₄和角位移A₄、顶出行程S₃和角位移A₃、射座移动行程S₅和角位移A₅。

5、根据权利要求1所述的螺杆注射机的数控方法，其特征在于：所述的工控微计算机运算，根据公式 $S_1=k\frac{4V}{\mathrm{\π}{D_s}^2},A=2\mathrm{\π}\frac{S}{h},\mathrm{\α}=2\mathrm{\π}\frac{s}{h},\mathrm{\ω}=2\mathrm{\π}\frac{v}{h}=2\mathrm{\π}\frac{S}{\mathrm{ht}},$ 计算出各开关磁阻调速电动机的角位移和角速度，其中α为角位移的位置，A为全行程角位移，ω为角速度，s为直线位移的位置，S为全行程直线位移，v为直线速度，h为螺杆螺纹的导程，V为制品体积，t为运动时间，D_s为螺杆外径，k为修正系数，S₁为注射位移。

6、根据权利要求1所述的螺杆注射机的数控方法，其特征在于：所述的开关磁阻调速电动机驱动螺杆注射机动作，工作起动时，开关磁阻调速塑化电机3以i×n转动，当螺杆19头部的压力达到背压压力值p₃时，应力传感器32的检测值为P₃，工控微计算机控制开关磁阻调速注射电机2反转，螺母33后移，螺杆19边转边退，开关磁阻调速注射电机2退到角位移为A₁时制动，开关磁阻调速塑化电机3制动，同时开关磁阻调速合模电机5起动角速度ω₄，带动螺杆75转动，经过角位移A₄，使模具闭合，保持位置；开关磁阻调速射座电机1起动正转角速度ω₅，射座13和喷嘴18前移，经过角位移A₅后停止；开关磁阻调速注射电机2正转起动，带动螺杆34角速度ω₁，把熔料注入到模腔内，在传感器32压力小于保压压力p₂时微进，保压时间启动计时，当传感器32压力等于保压压力p₂时保持位置，保压时间达到t₁后，冷却时间开始计时，开关磁阻调速射座电机1反转角位移A₅，达到冷却时间t₂时，开关磁阻调速合模电机5反转角位移A₄，开模，开关磁阻调速顶出电机4以角速度ω₃正转角位移A₃，顶出制件，后反转回到初始位置。

7、根据权利要求1所述数控方法的数控螺杆注射机，包括螺杆注射机和工控微计算机，其特征在于：设置的开关磁阻调速电动机包括开关磁阻调速塑化电机、开关磁阻调速注射电机、开关磁阻调速射座电机、开关磁阻调速合模电机、开关磁阻调速顶出电机和开关磁阻调速调模电机，开关磁阻调速塑化电机连接螺杆注射机的螺杆转动塑化装置、开关磁阻调速注射电机连接螺杆移动注射装置、开关磁阻调速射座电机连接射座移动装置、开关磁阻调速合模电机连接合模装置、开关磁阻调速顶出电机连接顶出装置和开关磁阻调速调模电机连接调模装置，开关磁阻调速电动机连接控制器，控制器连接转换器，转换器连接工控微计算机，传感器安装在螺杆注射机上，数据采集卡分别连接工控微计算机、传感器和按钮板。

8、根据权利要求7所述的数控螺杆注射机，其特征在于：所述的传感器包括应力传感器、物位传感器、温度传感器和电流传感器。

9、根据权利要求8所述的数控螺杆注射机，其特征在于：所述的应力传感器的安装位置在轴承座、拉杆上和顶杆的一端，物位传感器安装在料斗中，温度传感器分别安装在喷嘴、料筒前区、料筒中区和料筒后区，电流传感器安装在电源输入端。

10、根据权利要求7所述的数控螺杆注射机，其特征在于：开关磁阻调速电动机与各装置的连接分别是，开关磁阻调速射座电机1通过螺旋副传动连接滑块(12)，滑块(12)、射座(13)一体沿导轨(14)滑动，开关磁阻调速注射电机(2)通过螺旋副传动和轴承(30)连接螺杆(19)，开关磁阻调速塑化电机(3)通过齿轮传动和花键传动，连接螺杆(19)，开关磁阻调速顶出电机(4)通过花键传动和螺旋副传动连接顶杆(49)，开关磁阻调速合模电机(5)通过螺旋副传动和五柱销肘杆机构连接移动模板(46)，开关磁阻调速调模电机(6)通过链传动和螺旋副传动连接后固定模板(82)。

Images