CN102328411A - 模具推板复位机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模具推板复位机构，包括定模板、动模板、推板、螺纹型芯、与螺纹型芯连接的旋转抽芯、与推板连接的推板顶出机构构成，还包括驱动旋转抽芯机构和推板顶出机构的PLC同步控制系统，所述推板顶出机构包括伺服电机、将伺服电机的回转运动转化为推板顶出和回退直线运动的传动副，所述PLC同步控制系统包括推板顶出脉冲行程和推板复位脉冲行程，所述推板顶出机构的伺服电机连接棘轮机构，棘轮机构连接传动副，所述推板复位脉冲行程大于推板顶出脉冲行程。本发明通过在伺服系统内增加棘轮机构，以简单有效的方式解决了伺服系统零点漂移的问题，具有结构合理、操控有效、复位准确的优点。

Description

模具推板复位机构

技术领域

本发明涉及模具抽芯机构，尤其涉及一种用于注塑模具上的伺服同步自动脱螺纹的推板复位机构。

背景技术

在注塑模中，如果塑料件内有螺纹，就不能直接把螺纹型芯抽出进行强脱，否则容易破坏塑料件的内螺纹结构，为此，本发明人设计了一种内螺纹自动脱模伺服同步机构，将螺纹型芯和推板分别与转动机构和升降机构传动连接，两机构的行程通过控制系统控制，实现转动机构旋出螺纹的轴向速度与升降机构推出推板的速度一致。螺纹型芯与转轴连接，并通过转轴与转动机构传动连接，转动机构的结构包括步进电机和传动轴，传动轴与电机轴通过链轮连接。转轴下端固定连接有从动齿轮，与传动轴上端的主动齿轮啮合，传动轴下端设置有传动链轮，并通过链条与连接在电机轴上的链轮传动连接。升降机构推出推板的具体结构是这样的：参见图1，伺服电机9’带动蜗轮蜗杆(蜗杆12’蜗轮11’)，涡轮11’又带动齿轮8’，齿轮8’带动齿条7’，由齿条7’带动顶针板底板5’和顶针板4’，由顶针板4’通过四个推杆3’杆柱带动推板2’升降移动。推板升降系统和螺纹型芯抽芯系统之间根据零件推出要求，需要有同步的动作。就是，在自动脱螺纹系统的螺纹型芯旋转推出螺纹的时候，推板需要根据推出螺纹的距离做相等距离的推出动作，这个动作既有辅助推出零件的作用，还有使推板与零件贴合并使零件止转的作用。

以上的螺纹抽芯机构中，推板在与注塑件同步顶出后，它需要回到原位，推板复位时，因为伺服电机的零点会发生漂移，伺服电机按照原定转数转回时，则造成推板复位不准确。如果是负飘移，则推板已经接触动模板之后伺服电机仍将继续转动一个漂移量的转数，而推板此时已经不可能移动，由此将给机械传动系统施加以很大内力，造成机械系统损坏。如果是正漂移，推板与动模板之间会存有间隙；推板必须复位后紧贴动模板，这样在注塑开始后，大的锁模力才可以抵御型腔的压力，如果推板与动模板之间有间隙，那么在锁模力的作用下，这个间隙必然会被很大的锁模力压制之下通过推板运动系统的变形来消减，直至推板与动模板之间贴合，通过推板与动模板之间的贴合面直接传递力，达到力平衡为止；在这种情况下，推板运动系统的机械变形主要由丝杠系统承担，很可能造成丝杠-螺母机械系统损坏。

不论是伺服电机正的零点漂移或者是负的零点漂移，伺服电机零点漂移误差逐次累计，所造成的伺服同步系统的机械变形会难以预测并可能造成伺服同步系统机械部分的损坏或疲劳损坏。

注塑模中传统推板复位机构是采用弹簧加回程杆复位的方式，弹簧复位的方式可以在推板上增设拉簧，当螺纹型芯被转动旋出、推板被顶出至最高位置完成推出脱模动作后，拉簧使推板向下运作并能自动拉回原工作位置，但弹簧的拉力随行程的改变而变化，非常不稳定，如果有回程不到位的情况时，则在模具闭合时定模一方压迫回程杆顶端强制推板回程，这种方式在本例中不适用。在本例中可以采用行程开关复位的方式。行程开关复位装置是将行程开关固定在与推板相邻的动模板上，将开关触点安装在推板上，该安全复位信号由行程开关实现。安装开关触点时，先手动控制伺服电机使得推板与动模板贴合，这时松开螺纹移动行程开关触点的位置，待行程开关的控制灯刚亮起时，就确定了行程开关触点接触的位置，拧紧行程开关触点安装板的锁紧螺钉。这样确定的推板零点位置方法实质上是先确定推板的零点位置，再由行程开关的位置告知控制系统零点在什么地方。但使用行程开关来确定推板复位也存在一个问题，就是经过手动确定的行程开关接触位置实际上并不精确，具体主要表现在：1.初步定位依靠手动，行程开关触碰位置的确定存在误差，就是在推板和动模板接触后，行程开关触点接触后，行程开关触点接触的“松紧”不好保证，因此必然存在误差，由此造成推板与动模板之间的可能微小间隙或者理论过盈。2.行程开关触点拧紧螺钉在长时间运行过程中有可能松动，从而指示出错误的推板位置；3.行程开关的稳定性有待确定。在实际注塑工作过程中，行程开关的工作必须连续有保证，在当前情况下，在实验系统中虽然可以多次重复，但是这样确定推板零点位置的方法其长期稳定性未得到验证。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种结构简单、复位控制精准、操控方便、的模具推板复位机构，以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种模具推板复位机构，包括定模板、动模板、推板、螺纹型芯、与螺纹型芯连接的旋转抽芯机构、与推板连接的顶出机构构成，还包括驱动旋转抽芯机构和推板顶出机构的PLC同步控制系统，所述推板顶出机构包括伺服电机、将伺服电机的回转运动转化为推板顶出和回退直线运动的传动副组成，所述PLC控制系统包括推板顶出脉冲行程和推板复位脉冲行程，所述顶出机构的伺服电机连接棘轮机构，棘轮机构连接传动副，所述推板复位脉冲行程大于推板顶出脉冲行程。

所述推板顶出机构的传动副包括链轮副、丝杆螺母副，所述棘轮机构连接链轮副，链轮副连接丝杆螺母副，丝杆螺母副连接所述推板。

所述棘轮机构包括棘轮套、棘轮、棘轮杆、弹性体，所述棘轮套连接伺服电机，棘轮设于棘轮套内，在棘轮套与棘轮间设有弹性体使棘轮可以在棘轮套内轴向滑动，棘轮与棘轮杆通过棘齿啮合，棘轮杆连接链轮副的链轮。

所述弹性体是弹簧，在棘轮套内设有内陷的弹簧安装孔，弹簧的一端放置在棘轮套内的弹簧安装孔内，另一端抵靠在棘轮的端面上。所述棘齿的啮合面上的点的轴向坐标值满足z＝r·θ·tg(t)，其中

式中r是啮合面上任意点在图示oxy坐标系中xy平面上的半径值，θ是该点的在坐标中的xy平面中与x轴的夹角，t是该点所在以r为半径的假想圆柱面与啮合面的交线在该点的升角，z是该点在坐标系中z向高度；r₂是棘轮外径，t₂是啮合面在棘轮外圆柱面上的升角。

所述旋转抽芯机构包括电机和传动轴，所述电机和传动轴的一端通过链轮连接，所述传动轴的另一端固定啮合齿轮组的主动齿轮，啮合齿轮组的从动齿轮安装在螺纹型芯的转轴上。

所述电机是步进电机或伺服电机。

动模板设在推板的下方，在动模板上设有通孔，通孔壁上设有连接杆导套，所述连接杆穿过连接杆导套与推板固定连接。

本发明通过在伺服系统内增加棘轮机构，利用棘轮机构旋转打滑将在反转复位时多余的行程消化在棘轮机构上，从而确保推板回程到位，与动模板紧密接触，本发明以简单有效的方式解决了伺服系统零点漂移的问题，具有结构合理、操控有效、复位准确的优点。

棘轮上的棘齿啮合曲面设计有以下特征：以棘轮顶平面圆心所在轴心oz为旋转轴，以线段(r2-r1)沿周向扫描，线段(r2-r1)延长线始终垂直并与轴oz相交，同时线段在垂直于平面xy方向上(oz方向)匀速提升，即按tg(t)速率升高，经过这样形成的棘轮齿面曲面有如下特点：因为棘轮与棘轮杆相对转动时，曲面上每一条(r2-r1)线段在随棘轮相对转动的下一时刻刚好经过之前棘轮杆上相应位置的前一时刻的(r2-r1)线段，这样，在棘轮与棘轮杆相对转动滑动时，棘轮齿面与棘轮杆齿面始终是面接触，齿面啮合良好，棘轮与棘轮杆相对滑动时噪音小，滑动好，齿面磨损小。

附图说明

图1为现有技术一种注塑模的螺纹抽芯机构结构示意图；

图2是本发明的模具推板复位机构结构示意图；

图3是图2所示的模具推板复位机构A-A剖示图；

图4是图3所示的模具推板复位机构的棘轮机构放大图；

图5是本发明模具推板复位机构的棘轮套结构示意图；

图6是棘轮机构的单个棘齿曲面结构示意图；

图7是本发明的控制流程图。

图2-4中，1.步进电机2.注塑件3.零件定位机构4.丝杠螺母41.螺母垫板5.伺服电机7.连接杆71.连接杆导套72.连接杆螺钉8.丝杠81行程开关82开关触点10.棘轮机构101.棘轮套102.棘轮103.棘轮杆104.弹簧105.弹簧安装孔11.推板12.滚珠导柱13.行星齿轮减速机14.链轮15.链条

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的模具推板复位机构，包括定模板、动模板、推板、螺纹型芯、旋转抽芯机构和与推板顶出机构构成，推板顶出机构包括伺服电机和链轮传动副、丝杆螺母传动副。如图2所示，在注塑模的模腔内是带有内螺纹结构的注塑件2，动模板在推板11的下方，推板11的上表面紧贴注塑件的底面，定模板在注塑件2的上方位置，附图中没有示出来。在旋转抽芯机构中，型芯与一转轴的上端固定连接，转轴的下端固定从动轮，从动轮与传动轴端的主动轮传动连接，传动轴的另一端通过链轮结构与步进电机1的电机轴传动连接。如图3所示，推板顶出机构包括：伺服电机5、链轮传动副和丝杆螺母传动副，伺服电机5的电机轴带动行星齿轮减速机13，两个链轮14分别连接行星齿轮减速机13和丝杆8，传递伺服电机5的力矩。丝杆8以轴承固定在底座与动模板上，推板11放置在动模板上，并且在动模板和推板上设置有用以引导推板11在垂直方向升降的滚珠导柱12。丝杆8上装配丝杆螺母4，当链轮14传动副向丝杆传递力矩时，丝杆8旋转，丝杠螺母4随之上升或下降。丝杠螺母4通过两根连接杆7与推板11连接，丝杠螺母4的下方用螺钉固定螺母垫板41，连接杆7的一端穿过丝杠螺母4装设在螺母垫板41上，另一端穿过动模板以连接杆螺钉72固定在推板11上。当丝杆螺母4上下运动时，通过连接杆7使推板11在垂直方向作升降移动。推板11的导向不用普通导柱而是采用了滚珠导柱12，使导向顺畅。丝杠8旋转时，丝杠螺母4因为2个连接杆7与动模板的配合作用的限制而不能旋转，只能由螺纹的作用做上下的运动，2个连接杆7的导向由动模板上的连接杆导套71实现。当步进电机1旋转带动螺纹型芯转动时，注塑件2必须相对推板11静止，为此零件与推板之间必须有定位止转的零件定位机构3(参见图2)，在实际的注塑过程中，注塑件2的定位由零件自身几何形状解决，例如设置凹坑凹槽等。

参见图3-图5，在伺服电机5及行星齿轮减速机13之后，系统加入一个棘轮机构10。棘轮机构10包括棘轮套101、棘轮102、棘轮杆103、弹簧104，加入棘轮机构10后的伺服系统的工作原理如下：行星齿轮减速机13固定在伺服电机5安装板上，减速机轴带动棘轮套101旋转，棘轮套101通过可滑动键槽带动棘轮102旋转，同时棘轮102可以在棘轮套101内做轴向滑动，在棘轮102底部和棘轮套101之间有三个弹簧104，棘轮套101内设有内陷的弹簧安装孔105，棘轮102与棘轮杆103通过棘齿配合，棘轮杆103通过轴承安装在棘轮系统安装板上，轴承通过轴承上盖和轴承下盖轴向固定，棘轮杆103带动链轮14，两链轮通过链条15传动连接。

棘轮套101内的三个弹簧中心对称分布(或多于三个弹簧)。弹簧的选择根据系统需要的根据最小弹簧压力和棘轮齿的齿高，最小弹簧压力的计算如下：

N推板返程力，Pt丝杠螺距，τ棘轮扭矩，n棘轮与丝杠间传动比(可选n＝1)。

根据N×Pt＝τ×2π×n，；

扭矩τ＝Fs×r₁×Nu，(式中Fs：单个棘轮与棘轮杆齿间水平推力，r₁：棘轮齿内圆柱面半径，Nu：齿数。)

单个棘轮与棘轮杆齿间水平推力Fs＝F×tg(t)(式中F：棘轮轮齿间轴向压力，t：棘轮齿升角。)

单个弹簧最小压力(弹簧预紧力)Ft＝F×Nu/Nut  (式中F：单个弹簧预紧力，即棘轮轮齿间轴向压力；Nut：弹簧个数，Nut＝3.)

综合以上四式，即可得出弹簧预紧力为：再根据弹簧的预设行程，即棘轮齿的齿高，即可选择弹簧。

伺服电机正转(推板顶出行程)时，带动行星齿轮减速机，经过减速，减速机轴带动棘轮套101转动，棘轮套带动棘轮102转动，棘轮带动棘轮杆103转动，棘轮杆带动链轮14，链轮14带动丝杠螺母传动副，推动推板11。伺服电机开始正转的时间，由注塑机给定，并可通过过注塑机中子时间设定，这个时间与步进电机带动的脱螺纹系统开始转动的时间同步。(为弥补伺服系统启动的滞后，例如链轮链条的张紧时间等，可以设定伺服电机比步进电机早启动一个微小时间量)。

伺服电机转动的同步计算如下：Ns＝R×[Nb×P/(Ps)]，其中Ns为伺服电机转速，Nb为步进电机转速，R为减速机速比，P为被推出零件螺距，Ps为丝杠螺距。伺服电机总正转动圈数N1＝Ns可在设置面板内设定，这个数量由零件推出距离估算后填入控制面板相应位置。

脱螺纹抽芯完成后，PLC控制系统控制伺服电机反转，推板回程。反转与正转时不同之处在于，设置伺服电机反转圈数N2大于正转圈数N1，即N2-N1＝δN，由于N2＞N1，当伺服电机反转N1时，推板已经接触动模板，伺服电机仍然要继续转动δN转，其中δN量大于伺服电机的零点漂移量，例如3％所对应的转数，当推板复位，动模板抵压推板不能再进一步回退，使棘轮杆不再旋转，这时棘轮推动其底部的三个弹簧，棘轮与棘轮杆之间开始打滑，直至伺服电机转动到指定圈数N2后停转。经过这样的改进后，每次退出螺纹后，都可以既保证推板回程与动模板紧密贴合，又同时保证伺服推出系统因为空转没有增加内应力。伺服系统在完成一次脱螺纹任务后，以当前位置为零点，作为下一次伺服电机转动的起点，由此，推板因为伺服系统飘零问题而可能与动模板的间隙或者“过盈”问题，彻底得到解决。

一般注塑模在模具闭合的过程中，在推板没有回程的情况下，定模板会把推板压回实现推板的回程，但是这种情况在这种自动脱螺纹模具中是不允许发生的。虽然按照当前的理论设计，推板回程后与动模板会很好贴合，但是机械系统中的不可预见因素如果导致推板11板未能安全回程时，则注塑机应当停止闭合。因此，本发明在推板11上增加行程开关81，参见图3，行程开关81装在动模板上，开关触点82装在推板上，当行程开关触点不接触的情况下，注塑机不进行闭合行程。此时，行程开关不作为伺服系统的零点漂移后的定位位置信号发生装置，而是作为一个保险装置。使模具在实际操作中可靠性提高。

图6表示本发明的棘轮和棘轮杆上的棘齿的曲面结构，图中表示棘轮机构的其中一个棘齿的结构，其余的棘齿结构与之相同。在图6中，r1是棘齿所在的圆环的内圆半径，r2是外圆半径，θ是棘齿齿形角，θ的取值范围在0-2π/n，n表示齿数。t表示齿面升角。棘齿的曲面的形成是以棘轮顶平面圆心所在轴心为旋转轴，以线段(r₂-r₁)沿周向扫描，同时该线段在垂直于顶平面方向上匀速提升，速度为tg(t)，直至达到设计所规定的棘齿齿形角，这样扫描形成了棘轮机构的棘齿曲面。

1.棘轮齿扫描曲面与棘轮外圆周面的交线符合：

交线曲线参数方程：

x＝r₂·cosθ

y＝r₂·sinθ

z＝r₂·θ·tg(t₂)

(θ＝0-2π/n，t2：齿面在外圆柱面上的升角，n：齿数)

2.棘轮齿扫描曲面与棘齿内表面圆柱面的交线符合以下方程：

x＝r₁·cosθ

y＝r₁·sinθ

z＝r₁·θ·tg(t₁)

(θ＝0-2π/n，t1：齿面在内圆柱面上的升角，n：齿数)

3.棘轮齿扫描曲面与半径为r(r2＞r＞r1)的假想圆柱面上的交线符合以下方程：

x＝r·cosθ

y＝r·sinθ

z＝r·θ·tg(t)

(θ＝0-2π/n，t：齿面在半径为r的圆柱面上的升角，n：齿数)

(以上三式中的升角t随r的不同是不一致的，从曲面形成方法可以看出，t2＞t＞t1，在具体棘轮齿面设计中，可以按给定的r2下的t2作为该棘轮的特征升角，因为线段(r2-r1)是平行向上移动的，则有z＝r₂·θ·tg(t₂)＝r·θ·tg(t)，由此得到

即在给定的r2下的t2情况下，半径r下的升角t是被决定的。)

棘轮杆的齿面形成方法与棘轮齿面的形成方法相同。

经过这样形成的棘轮齿面曲面有如下特点：因为棘轮与棘轮杆相对转动时，曲面上每一条(r2-r1)线段在随棘轮相对转动的下一时刻刚好经过之前棘轮杆上相应位置的前一时刻的(r2-r1)线段，这样，在棘轮与棘轮杆相对转动滑动时，棘轮齿面与棘轮杆齿面始终是面接触，齿面啮合良好，棘轮与棘轮杆相对滑动时噪音小，滑动好，齿面磨损小。

参见图7，本发明的模具推板复位机构的工作步骤如下，系统通电后，检测伺服电机和步进电机是否可以进入工作状态，是，则在触摸屏上输入数据注塑件螺纹螺距、步进电机转速、系统传动比等数据，并选择手动或自动模式，此时控制系统处理数据并准备接收工作信号，当系统收到顶出信号时，PLC控制系统同时向伺服电机、步进电机发出工作信号，两电机同时转动，系统内还设置同步检测装置，当检测到步进电机的螺纹抽芯行程与伺服电机的推板顶出行程不同步时，系统将重新调整，发出脉冲指令控制伺服电机的转速。当螺纹抽芯行程结束，抽芯完成后，伺服电机发出定位完成的信号，PLC控制系统使伺服电机反转，完成超过正转的脉冲圈数后停止。若在中途出现紧急按停的情况，则步进电机、伺服电机同时停止转动，直至按下复位按钮，则系统控制继续完成设定的而又还未完成的余下程序，例如，在顶出过程紧急按停后复位的，则伺服电机继续正转至抽芯机构完成抽芯的工作，然后反转复位，如在推板零点复位过程中出现急停，在再次按下复位按键后，系统继续走完余下的反转复位行程。

本发明并不局限于以上实施方式，在上述实施方式公开的技术内容下，还可以进行各种变化。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种模具推板复位机构，包括定模板、动模板、推板、螺纹型芯、与螺纹型芯连接的旋转抽芯机构、与推板连接的推板顶出机构构成，还包括驱动旋转抽芯机构和推板顶出机构的PLC同步控制系统，所述推板顶出机构包括伺服电机、将伺服电机的回转运动转化为推板顶出和回退直线运动的传动副组成，所述PLC同步控制系统包括推板顶出脉冲行程和推板复位脉冲行程，其特征在于：所述推板顶出机构的伺服电机连接棘轮机构，棘轮机构连接传动副，所述推板复位脉冲行程大于推板顶出脉冲行程。

2.根据权利要求1所述的模具推板顶出机构，其特征在于：所述推板顶出机构的传动副包括链轮副、丝杆螺母副，所述棘轮机构连接链轮副，链轮副连接丝杆螺母副，丝杆螺母副连接所述推板。

3.根据权利要求2所述的模具推板顶出机构，其特征在于：所述棘轮机构包括棘轮套、棘轮、棘轮杆、弹性体，所述棘轮套连接伺服电机，棘轮设于棘轮套内，在棘轮套与棘轮间设有弹性体使棘轮可以在棘轮套内轴向滑动，棘轮与棘轮杆通过棘齿啮合，棘轮杆连接链轮副的链轮。

4.根据权利要求3所述的模具推板复位机构，其特征在于：所述弹性体是弹簧，在棘轮套内设有内陷的弹簧安装孔，弹簧的一端放置在棘轮套内的弹簧安装孔内，另一端抵靠在棘轮的端面上。

5.根据权利要求3或4所述的模具推板复位机构，其特征在于：所述棘齿的啮合面上的点的轴向坐标值满足z＝r·θ·tg(t)，其中

式中r是啮合面上任意点在图示oxy坐标系中xy平面上的半径值，θ是该点的在坐标中的xy平面中与x轴的夹角，t是该点所在以r为半径的假想圆柱面与啮合面的交线在该点的升角，z是该点在坐标系中z向高度；r₂是棘轮外径，t₂是啮合面在棘轮外圆柱面上的升角。

6.根据权利要求1至4任一所述的模具推板复位机构，其特征在于：所述旋转抽芯机构包括电机和传动轴，所述电机和传动轴的一端通过链轮连接，所述传动轴的另一端固定啮合齿轮组的主动齿轮，啮合齿轮组的从动齿轮安装在螺纹型芯的转轴上。

7.根据权利要求6所述的模具推板复位机构，其特征在于：所述电机是步进电机或伺服电机。

8.根据权利要求6所述的模具推板复位机构，其特征在于：动模板设在推板的下方，在动模板上设有通孔，通孔壁上设有连接杆导套，所述连接杆穿过连接杆导套与推板固定连接。

Images