CN102112257B - 压铸机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压铸机，通过该压铸机提高作为注射用驱动源来具备电动伺服电动机和油压气缸的压铸机的注射工序中的动作稳定性。在注射工序中进行模式控制，使得对注射用电动伺服电动机(3)的转速追随预先所设定的速度指令模式，并且通过由注射用电动伺服电动机(3)驱动的活塞(5a)的前进速度和由注射用油压气缸(5)驱动的活塞(5a)的前进速度的合计信号对通过注射用油压气缸(5)驱动的活塞(5a)的前进速度进行反馈控制。另外，对通过注射用油压气缸(5)驱动的活塞(5a)的前进速度进行模式控制，以使该前进速度追随预先设定的速度指令模式，并且也能够通过所述合计信号对注射用电动伺服电动机(3)的转速进行反馈控制。

Description

压铸机

技术领域

本发明涉及压铸机，特别是涉及作为注射用驱动源具备电动伺服电动机及油压气缸的混合型压铸机中的电动伺服电动机及油压气缸的驱动控制方法。

背景技术

压铸机针对每一注射(shot)料量，通过铸勺(ladle)计量通过溶解炉所熔化的Al合金或Mg合金等熔化金属材料(金属熔液)并进行汲取，将汲取后的金属熔液注入到注入套管(sleeve)内，通过注射柱塞(plunger)的前进动作将其注射/填充到模具腔(cavity)内，得到产品。压铸机的铸造过程由注射工序和与注射工序连续的增压工序构成，该注射工序由低速注射工序以及与低速注射工序连续的高速注射工序构成，但是因为金属熔液比合成树脂材料容易凝固，因此在高速注射工序中，要求比合成树脂材料的注射成型快的注射速度，在增压工序中，要求比合成树脂材料的注射成型高的压力。

因此，作为注射用驱动源，当与合成树脂材料的注射成型机一样仅使用电动伺服电动机时，需要高输出的电动伺服电动机，因此不仅导致机械成本增高及电力消耗增加，电动机的转子也变大，导致惯性力增加，因此发生应答性降低这样的问题。

为了消除这样的问题，提出了如下一种压铸机：作为注射用驱动源具备电动伺服电动机和油压气缸两方，仅通过电动伺服电动机的驱动进行低速注射工序以及高速注射工序，仅通过油压气缸的驱动进行增压运转(例如参照专利文献1)。根据该压铸机，能够通过油压气缸来补偿电动伺服电动机的输出的不足，因此使用较低输出能力的电动伺服电动机就能够赋予高的增压压力。

【专利文献1】日本特开2001-1126号公报

发明内容

但是在专利文献1中公开的技术中，仅通过电动伺服电动机的驱动进行低速注射工序及高速注射工序，仅通过油压气缸的驱动进行保压运转，因此不能在注射工序的执行中使用油压气缸的动力，在电动伺服电动机的小型化上有改善的余地。即、如果仅通过电动伺服电动机的驱动来执行低速注射工序及增压工序，通过合用电动伺服电动机的驱动和油压气缸的驱动来执行高速注射工序，就能够使用更低输出的电动伺服电动机，有利于实现机械的低成本化及省电力化，以及应答性的改善。

但是，根据本申请发明者的实验，判明了如下问题：当从合用电动伺服电动机的驱动和油压气缸的驱动后的高速注射工序切换到仅驱动电动伺服电动机的增压工序时，在通过高输出旋转驱动电动伺服电动机过程中，油压气缸的反作用力作用到电动伺服电动机，因此电动伺服电动机产生振动，发生增压压力不稳。

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种压铸机，其作为注射用驱动源具备电动伺服电动机和油压气缸，在注射工序中的动作具有高度稳定性。

为了解决上述问题，根据本发明第一结构具备：注射用电动伺服电动机；具备活塞的注射用油压气缸；滚珠丝杠机构，其将所述注射用电动伺服电动机的旋转运动转变为直线运动，传递给所述注射用油压气缸；以及控制装置，其对所述注射用电动伺服电动机的驱动及所述注射用油压气缸的驱动进行控制，并依次执行注射工序和与注射工序连续的增压工序，该注射工序由低速注射工序以及与低速注射工序连续的高速注射工序构成，所述控制装置在所述注射工序的执行过程中，对所述注射用电动伺服电动机的驱动及所述注射用油压气缸的驱动进行控制，使得与所述注射用电动伺服电动机的转速对应的所述活塞的前进速度和与所述注射用油压气缸的驱动对应的所述活塞的前进速度的合计速度成为所述活塞的目标速度。

根据本结构，在执行注射工序过程中通过控制装置对注射用电动伺服电动机的驱动和注射用油压气缸的驱动两方进行控制，因此仅能够将注射工序中的注射用电动伺服电动机的输出设定值降低与注射用油压气缸的贡献对应的量。因此，当从高速注射工序向增压工序切换时，即使大的注射用油压气缸的驱动反作用力作用到注射用电动伺服电动机，注射用电动伺服电动机也不振动，能够稳定地保持增压压力。

根据本发明第二结构，在所述第一压铸机中，所述控制装置进行模式控制使得所述注射用电动伺服电动机的转速追随预先设定的速度指令模式，并且通过由所述注射用电动伺服电动机驱动的所述活塞的前进速度和由所述注射用油压气缸驱动的所述活塞的前进速度的合计信号，对通过所述注射用油压气缸驱动的所述活塞的前进速度进行反馈控制。

根据本结构，通过由注射用电动伺服电动机驱动的活塞的前进速度和由注射用油压气缸驱动的活塞的前进速度的合计信号，对通过注射用油压气缸驱动的活塞的前进速度进行反馈控制，因此能够将从高速注射工序移向增压注射工序时的注射用电动伺服电动机的转速设定为充分低的值，从高速注射工序向增压工序移动时，由于注射用电动伺服电动机的转速过高而产生的注射用电动伺服电动机的振动，进而能够防止与此相伴的增压压力的不恰当的变动。

根据本发明第三结构，所述控制装置进行模式控制使得由所述注射用油压气缸驱动的所述活塞的前进速度追随预先设定的速度指令模式，并且通过由所述注射用电动伺服电动机驱动的所述活塞的前进速度和由所述注射用油压气缸驱动的所述活塞的前进速度的合计信号，对所述注射用电动伺服电动机的转速进行反馈控制。

根据本结构，通过由注射用电动伺服电动机驱动的活塞的前进速度和由注射用油压气缸驱动的活塞的前进速度的合计信号对注射用电动伺服电动机的转速进行反馈控制，因此能够高精度地对活塞的前进速度进行反馈控制。

本发明在注射工序中对注射用电动伺服电动机的驱动和注射用油压气缸的驱动的双方进行控制，因此能够使注射工序中的注射用电动伺服电动机的输出降低与注射用油压气缸的贡献对应的量，能够防止从高速注射工序向增压工序移动时的注射用电动伺服电动机的振动。

附图说明

图1是本发明的压铸机具备的注射装置的结构图。

图2是第一实施方式的压铸机控制装置的控制框图。

图3是用于说明图2所示的控制装置中的各控制量的变动的图。

图4是第二实施方式的压铸机控制装置的控制框图。

具体实施方式

以下参照图1～图3对本发明的压铸机的第一实施方式进行说明。图1是本发明的压铸机中具备的注射装置的结构图，图2是第一实施方式的压铸机控制装置的控制框图，图3是图2所示的控制装置中的各控制量的变动的图。

如图1所示那样，本发明的压铸机的注射装置具备：水平配置的基座(base)1；固定在基座1上的电动机安装板2；安装在电动机安装板2上的注射用电动伺服电动机3；检测注射用电动伺服电动机3的旋转位置的编码器5；滚珠丝杠机构6，其将注射用电动伺服电动机3的旋转运动转变成直线运动并传递给注射用油压气缸5；储存提供给注射用油压气缸5的圧油的储油器7(accumulator)；用于控制向注射用油压气缸5提供压油的伺服阀(valve)8；设置在基座1上，用于检测活塞5a的前端位置的活塞传感器(lot sensor)9；以及控制装置10，其读取编码器4及活塞传感器9的输出信号，对注射用电动伺服电动机3及注射用油压气缸5的驱动进行控制。滚珠丝杠机构6由可旋转地安装在电动机安装板2上并通过注射用电动伺服电动机3进行旋转驱动的丝杠轴6a和固定在注射用油压气缸5上并且被拧在丝杠轴6a上的螺母体6b构成。

另外，在活塞5a的前端连接有未图示的注射柱塞，该注射柱塞的前端部可滑动地被收纳在套管内，该套管设置在未图示的固定模具垫板(tie plate)上。在固定模具垫板上开设连通套管内的溶液注入孔，当在使注射柱塞(活塞5a)后退的状态下，将溶液从熔液注入孔注入到套管内后，使注射柱塞前进时，通过在固定侧模具中开设的滑槽(runner)将注入到套管内的熔液注射到已合模的模具内，进行所希望形状的成型品的压铸。

如上述那样，本发明的注射装置作为驱动注射柱塞(活塞5a)的注射用驱动源，具备注射用电动伺服电动机3和注射用油压气缸5，因此在单独驱动注射用电动伺服电动机3的情况下，能够以与其转速对应的速度使活塞5a前进，在单独驱动注射用油压气缸5的情况下，能够以与伺服阀8的开度对应的速度使活塞5a前进，在同时驱动注射用电动伺服电动机3和注射用油压气缸5的情况下，能够以它们的合计速度使活塞5a前进。因此能够通过适当地控制注射用电动伺服电动机3的驱动和注射用油压气缸5的驱动，来实施低速注射工序、高速注射工序以及增压工序的各工序。

接着使用图2及图3对第一实施方式的压铸机控制装置的结构和使用该控制装置的压铸机的控制方法进行说明。本例的压铸机控制装置及方法的特征在于，在低速注射工序中进行模式控制，使得注射用电动伺服电动机3的转速追随预先所设定的速度指令模式，并且通过由注射用电动伺服电动机3驱动的活塞5a的前进速度和由注射用油压气缸5驱动的活塞5a的前进速度的合计信号，对通过注射用油压气缸5驱动的活塞5a的前进速度进行反馈控制。

在图2中，xij0是表示换算为活塞5a的前进位置后的注射用电动伺服电动机3的旋转位置的电动机位置指令模式信号，vij0是表示换算为活塞5a的前进速度后的注射用电动伺服电动机3的转速的电动机速度指令模式信号，vij3是表示换算为伺服阀8的开度后的活塞5a的目标前进速度的伺服阀整体速度设定信号，vijff是表示换算为活塞5a的前进速度后的伺服阀8的开度的伺服阀指令模式信号，这些信号例如由未图示的上位控制器来提供。

如图3(a)所示那样设定本实施方式的电动机速度指令模式信号vij0，使得从铸造开始到执行低速注射工序所要求的电动机速度v1为止，电动机速度上升后，在到达高速注射工序以前降低到电动机速度v2。在向增压工序切换时，将降低时的电动机速度v2设定为在注射用电动伺服电动机3中不发生振动的适当的值。与此相对，如图3(b)所示那样，将伺服阀指令模式信号vijff设定为补偿低速注射工序中的电动机速度的不足量v1-v2的值。由此，如图3(c)所示那样，能够确保执行低速注射工序所要求的电动机速度v1。

电动机位置指令模式信号xij0和通过编码器4测定、并通过伺服放大器15后的电动机位置信号xijm，将电动机位置信号xijm作为反馈信号，在加法器11中获取偏差e1，根据该偏差e1对注射用电动伺服电动机3的旋转进行反馈控制。

PID运算器12根据所述偏差e1来计算注射用电动伺服电动机3的操作量u1，速度运算器13根据所述操作量u1来计算速度指令v01。加法器14通过缓冲放大器16将作为前馈信号vff1的电动机速度指令模式信号vij0与所述速度指令v01相加，获得反馈速度指令计算值v01f。

将该反馈速度指令计算值v01f提供给伺服放大器15，伺服放大器15根据该反馈速度指令计算值v01f来控制注射用电动伺服电动机3的旋转。通过安装在该电动机3上的编码器4测量注射用电动伺服电动机3的旋转位置，经由伺服放大器15提供给加法器11。由此控制注射用电动伺服电动机3的转速追随电动机位置指令模式信号xij0。

当旋转驱动了注射用电动伺服电动机3时，通过滚珠丝杠机构6将其旋转运动变换为油压气缸5的前进运动，油压气缸5所具备的活塞5a前进。通过活塞传感器9来检测该活塞5a的前进位置。速度计算器21根据通过活塞传感器9检测到的活塞5a的前进位置的变化来计算活塞5a的前进速度。该速度计算器21的输出在单独驱动注射用电动伺服电动机3时成为通过注射用电动伺服电动机3驱动的活塞5a的前进速度，在同时驱动了注射用电动伺服电动机3和注射用油压气缸5时成为通过注射用电动伺服电动机3驱动的活塞5a的前进速度和通过注射用油压气缸驱动的活塞5a的前进速度的合计速度(整体速度)。

伺服阀整体速度设定信号vij3和活塞5a的整体速度信号vall将整体速度信号vall作为反馈信号，在加法器22中取得偏差e3，根据该偏差e3对伺服阀8的开度进行反馈控制。

PID运算器23根据所述偏差e3来计算注射用油压气缸5的操作量u3，速度运算器24根据所述操作量u3计算速度指令v03。加法器25在缓冲放大器28中将伺服阀指令模式信号vijff作为前馈信号vff2，与所述速度指令v03相加，获得反馈速度指令计算值v03f。

将该反馈速度指令计算值v03f变换为与存储在控制装置10中的伺服阀特性表26对应的各伺服阀8中固有的速度指令v0ij3，输入到D/A逆变器(converter)27。由此，从D/A变换器27输出与速度指令v0ij3对应的速度指令电压，调整伺服阀8的开度。

由此在低速注射工序及高速注射工序中，即使降低注射用电动伺服电动机3的转速，也能够通过注射用油压气缸5的驱动来补偿其降低量，能够确保执行低速注射工序及高速注射工序所需要的活塞5a的前进速度v1。另外，通过由注射用电动伺服电动机3驱动的活塞5a的前进速度和由注射用油压气缸5驱动的活塞5a的前进速度的合计信号对通过注射用油压气缸5驱动的活塞5a的前进速度进行反馈控制，因此能够将从高速注射工序向增压工序移动时的注射用电动伺服电动机3的转速设定为充分低的值，能够防止因从高速注射工序向增压工序移动时注射用电动伺服电动机3的转速过高而产生的注射用电动伺服电动机3的振动。因此能够防止增压工序中的增压压力的不适当的变动，能够以高成品率来制作优质产品。

接着使用图4对第二实施方式的压铸机控制装置的结构和使用该控制装置的压铸机的控制方法进行说明。本例的压铸机控制装置及方法的特征在于，在注射工序中进行模式控制使得通过注射用油压气缸5驱动的活塞5a的前进速度追随预先设定的速度指令模式，并且通过由注射用电动伺服电动机3驱动的活塞5a的前进速度和由注射用油压气缸5驱动的活塞5a的前进速度的合计信号，对注射用电动伺服电动机3的转速进行反馈控制。

如图4所示那样，在本例的压铸机控制装置中，除了所述电动机位置指令模式信号xij0，电动机速度指令模式信号vij0，伺服阀整体速度设定信号vij3以及伺服阀指令模式信号vijff之外，还从上位控制器提供表示注射用电动伺服电动机3的转速的降低量的电动机速度模式信号vij4。

在本实施方式中，将伺服阀指令模式信号vijff变换为与存储在控制装置10中的伺服阀特性表26对应的、各伺服阀8中固有的速度指令v0ij3，输入到D/A逆变器27，从D/A逆变器27输出与伺服阀指令模式信号vijff对应的速度指令电压，调整伺服阀8的开度。

电动机位置指令模式信号xij0和通过解码器4测量并经过伺服放大器15的电动机位置信号xijm，将电动机位置信号xijm作为反馈信号，在加法器11中取得偏差e1，根据该偏差e1对注射用电动伺服电动机3的旋转进行反馈控制。

PID运算器12根据所述偏差e1计算注射用电动伺服电动机3的操作量u1，速度运算器13根据所述操作量u1计算速度指令v01。加法器14在缓冲放大器16中将作为前馈信号vff1的电动机速度指令模式信号vij0与所述速度指令v01相加，获得反馈速度指令计算值v01f。

最小值选择器17选择该反馈速度指令计算值v01f和后述的反馈速度指令计算值v03f中的某一个小的值，并将所选择的值作为对伺服放大器15的速度指令信号v0ij1来输出。伺服放大器15根据该速度指令信号v0ij1来控制注射用电动伺服电动机3的旋转。通过安装在该电动机3上的编码器4来测量注射用电动伺服电动机3的旋转位置，并经由伺服放大器15提供给加法器11。由此将反馈速度指令计算值v03f作为反馈信号对注射用电动伺服电动机3的转速进行反馈控制。

通过以下的步骤来生成反馈速度指令计算值v03f。即整体速度设定信号Vij3和根据通过活塞传感器9检测的活塞5a的位置，通过速度计算器21计算的活塞5a的整体速度信号vall将整体速度信号vall作为反馈信号，在加法器22中取得偏差e3，根据该偏差e3对电动伺服电动机3的旋转进行反馈控制。

PID运算器23根据所述偏差e3计算注射用油压气缸5的操作量u3，速度运算器24根据所述操作量u3计算速度指令v03。加法器25在缓冲放大器28中将电动机速度模式信号vij4作为前馈信号vff2，与所述速度指令v03相加，获得反馈速度指令计算值v03f。

由此，通过由注射用电动伺服电动机3驱动的活塞5a的前进速度和由注射用油压气缸5驱动的活塞5a的前进速度的合计信号对注射用电动伺服电动机3的转速进行反馈控制。这样，本例的压铸机控制装置通过由注射用电动伺服电动机3驱动的活塞5a的前进速度和由注射用油压气缸5驱动的活塞5a的前进速度的合计信号对注射用电动伺服电动机3的转速进行反馈控制，因此能够高精度地对活塞5a的前进速度进行反馈控制。

符号说明

1基座

2电动机安装板

3注射用电动伺服电动机

4编码器

5注射用油压气缸

6滚珠丝杠机构

7储油器

8伺服阀

9活塞传感器

10控制装置

11、22加法器

12、23PID运算器

13、24速度运算器

14、25加法器

15伺服放大器

16、28缓冲放大器

17最小值选择器

21速度计算器

26伺服阀特性表

27D/A变换器

Claims (3)

1.一种压铸机，其具备：注射用电动伺服电动机；具有活塞的注射用油压气缸；滚珠丝杠机构，其将所述注射用电动伺服电动机的旋转运动转变为直线运动，并传递给所述注射用油压气缸；以及控制装置，其控制所述注射用电动伺服电动机的驱动以及所述注射用油压气缸的驱动，依次执行注射工序和与该注射工序连续的增压工序，该注射工序由低速注射工序以及与该低速注射工序连续的高速注射工序构成，该压铸机的特征在于，

所述控制装置在所述注射工序的执行过程中，控制所述注射用电动伺服电动机的驱动和所述注射用油压气缸的驱动，使得与所述注射用电动伺服电动机的转速对应的所述活塞的前进速度和与所述注射用油压气缸的驱动对应的所述活塞的前进速度的合计速度成为所述活塞的目标速度，

将电动机速度指令模式信号设定为使得在电动机速度从铸造开始上升到执行低速注射工序所要求的电动机速度v1后，在到达高速注射工序以前，降低到在切换至增压工序时在注射用伺服电动机中不发生振动的电动机速度v2，与此相对，将伺服阀指令模式信号设定为能够补偿低速注射工序中的电动机速度的不足量v1-v2的值。

2.根据权利要求1所述的压铸机，其特征在于，

所述控制装置进行模式控制，使得所述注射用电动伺服电动机的转速追随预先设定的速度指令模式，并且通过由所述注射用电动伺服电动机驱动的所述活塞的前进速度和由所述注射用油压气缸驱动的所述活塞的前进速度的合计信号，对通过所述注射用油压气缸驱动的所述活塞的前进速度进行反馈控制。

3.根据权利要求1所述的压铸机，其特征在于，

所述控制装置进行模式控制，使得由所述注射用油压气缸驱动的所述活塞的前进速度追随预先设定的速度指令模式，并且通过由所述注射用电动伺服电动机驱动的所述活塞的前进速度和由所述注射用油压气缸驱动的所述活塞的前进速度的合计信号，对所述注射用电动伺服电动机的转速进行反馈控制。

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