CN103264492A

CN103264492A - 差动传动的微型注塑机的注射装置及方法

Info

Publication number: CN103264492A
Application number: CN2013102181717A
Authority: CN
Inventors: 许忠斌; 黄庆达; 杨世鹏; 苏良瑶; 王珏; 施优优; 周巨栋; 张本西; 刘国林
Original assignee: Zhejiang University ZJU; Zhejiang Sound Machinery Manufacture Co Ltd
Current assignee: Zhejiang University ZJU; Zhejiang Sound Machinery Manufacture Co Ltd
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: CN103264492B

Abstract

本发明公开了一种差动传动的微型注塑机的注射装置及方法。该装置主要包括注射伺服电机、螺纹套、主动螺母、从动螺杆、注射柱塞、计量调节装置、预塑装置等。主动螺母与机架固接在一起，注射伺服电机与螺纹套连接直接驱动螺纹套转动；螺纹套的外螺纹与主动螺母相配合，形成主螺纹副，螺纹套内螺纹与从动螺杆相配合，形成从螺纹副；主、从两副螺纹副串联叠加形成差动螺旋机构，两个螺纹副的螺旋差即为转动螺纹套一圈而产生的差动距离。本发明提供了一种差动传动的微型注塑机的注射装置及方法，解决了微注塑过程中难以控制微小注射量以及控制注射精度的问题。其结构简单，易于制造，控制简便高效，适用于精密的微型塑料制品的注射成型加工。

Description

差动传动的微型注塑机的注射装置及方法

技术领域

本发明涉及注塑装备技术领域，尤其涉及一种可实现微型制品精密注射成型的微型注塑机注射装置及方法。

背景技术

随着微机电系统（MEMS）的快速发展，对微型制品的需求量越来越大，其中微注塑成型技术以其成型工艺简单、塑件质量稳定、生产效率高、制造成本低、易于实现批量化与自动化等优点，在塑料微型制品成型领域中发展迅速，在微机电系统中的地位日益提高，已成为精密微小零件成型加工技术的研究热点之一。

微型制品注塑加工主要是解决大塑化量和微小精密充模量以及工艺优化的问题，降低加工成本，实现微小零件的高效、高精度的大批量生产。微注射成型技术开创了精密微细结构零件的低成本、大批量生产的新途径，对于提高材料的利用率、降低加工能耗、降低生产成本等方面都起到重要的作用。

常规的注塑机由于其螺杆较大，具有较高的塑化量，利用其来生产加工微型塑料制品不合适。它不仅对模具流道的设计要求很高，相对于流道而言，制品质量微小，流道内的塑料浪费大，增加生产成本；而且单次注射量微小难以精密控制，制品的成型品质和效果难以保证。

虽然国外很多公司和科研机构开发了多种专用的微注塑机，但现有市场上的微注塑成型过程的最小注射量的控制大都是利用高精密度高灵敏度的传感器配合伺服电机来实现的。这不仅结构复杂而且成本高，不利于微注塑机的进一步发展和商业化应用。

如何利用简单有效且造价低廉的结构来控制最小注射量和提高控制精度，仍是当前微注塑成型机的重点研究对象。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种差动传动的微型注塑机的注射装置及方法，本发明结构简单、制造成本低廉且可用于微型制品成型的差动传动，通过熔料的精确计量注射，提高注射精度，实现微型制品的高效成型。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种差动传动的微型注塑机的注射装置，包括：支撑座、注射伺服电机、螺纹套、主动螺母、从动螺杆、预塑丝杠伺服电机、固定支架、预塑丝杠、预塑螺杆伺服电机、移动支架、支架导杆、预塑螺杆、预塑机筒、加热线圈、喷嘴、止逆阀、注射柱塞、计量调节装置、从动螺杆支撑块、支撑连杆等；其中，所述注射伺服电机由支撑座垂直支撑并与螺纹套连接，直接驱动螺纹套转动；螺纹套的外螺纹与固定在支架上的主动螺母相配合，形成主螺纹副，螺纹套的内螺纹与从动螺杆相配合，形成从螺纹副，主、从两副螺纹副串联叠加形成差动螺旋机构，两个螺纹副的螺距差即为差动距离；从动螺杆由从动螺杆支撑块垂直支撑并可在支撑连杆上轴向滑动；从动螺杆末端安装注射柱塞，用以实现预塑熔料的注射；从动螺杆与注射柱塞连接处安装计量调节装置。

进一步地，所述主动螺母和从动螺杆的旋向一致，螺距不等，且主动螺母的螺距大于从动螺杆的螺距。

进一步地，所述预塑装置包括预塑丝杠伺服电机、固定支架、预塑丝杠、预塑螺杆伺服电机、移动支架、支架导杆、预塑螺杆、预塑机筒、加热线圈等；其中，所述预塑丝杠伺服电机安装在固定支架上，并与预塑丝杠连接，预塑丝杠安装在移动支架上；预塑丝杠伺服电机驱动预塑丝杠，从而带动移动支架沿着支架导杆水平直线移动；预塑螺杆伺服电机安装在移动支架上，并驱动预塑螺杆转动。

本发明的有益效果是：本发明通过主、从两副螺纹副串联叠加形成差动螺旋机构，两个螺纹副的螺距差即为转动螺纹套一圈而产生的差动距离，且由伺服电机直接驱动，可实现熔体微量精密的进给注射和调节，保证微型制品的成型质量，整个结构简单，制造方便，避免使用价格高昂的温度/压力传感器，降低制造成本，且控制简单高效，利于微注塑机实现微型制品的高效成型。

附图说明

图1是本发明一种差动传动的微型注塑机的注射装置示意图；

图2是本发明的差动螺纹传动的工作原理示意图；

图3是本发明一种差动传动的微型注塑机的注射装置的控制原理图；

图4是本发明一种差动传动的微型注塑机的注射装置的计量流程软件框图；

图中：支撑座1、注射伺服电机2、螺纹套3、主动螺母4、从动螺杆5、预塑丝杠伺服电机6、固定支架7、预塑丝杠8、预塑螺杆伺服电机9、移动支架10、支架导杆11、预塑螺杆12、预塑机筒13、加热线圈14、喷嘴15、止逆阀16、注射柱塞17、计量调节装置18、从动螺杆支撑块19、支撑连杆20、固定螺母21、移动螺母22、螺杆23。

具体实施方式

本发明的差动螺纹传动的工作原理如图2所示，螺杆23由左右两段不同螺距的螺纹组成，其中右段螺纹在固定螺母21中转动；而左段螺纹在只能移动不能转动的移动螺母22中转动；右段和左段螺纹的螺距分别为S₁和S₂，它们的螺纹方向相同，均为右螺纹。当螺杆3转动

（rad）角时，螺杆要对机架（即固定螺母21）移动距离

，同时螺母22相对螺杆向右移动距离

Figure 2013102181717100002DEST_PATH_IMAGE003

，则可动螺母22相对机架的移动距离L应为两个移动量的代数和，即，因为S₁和S₂相差很小，即使

角很大，移动距离L也会很小，差动螺纹实现了微动装置的精密传动。

如图1所示，本发明一种差动传动的微型注塑机的注射装置主要由支撑座1、注射伺服电机2、螺纹套3、主动螺母4、从动螺杆5、预塑丝杠伺服电机6、固定支架7、预塑丝杠8、预塑螺杆伺服电机9、移动支架10、支架导杆11、预塑螺杆12、预塑机筒13、加热线圈14、喷嘴15、止逆阀16、注射柱塞17、计量调节装置18、从动螺杆支撑块19、支撑连杆20等组成；所述注射伺服电机2由支撑座1垂直支撑并与螺纹套3连接直接驱动螺纹套3转动，螺纹套3的外螺纹与固定在支架上的主动螺母4相配合，形成主螺纹副，螺纹套3的内螺纹与从动螺杆5相配合，形成从螺纹副，主、从两副螺纹副串联叠加形成差动螺旋机构，两个螺纹副的螺距差即为差动距离，从动螺杆5由从动螺杆支撑块19垂直支撑并可在支撑连杆20上轴向滑动，从动螺杆5末端安装注射柱塞17，用以进行熔料的注射，从动螺杆5与注射柱塞17连接处安装计量调节装置19，通过控制调节注射柱塞17的轴向移动距离实现熔体的精密计量与快速注射。主动螺母4和从动螺杆5的旋向一致，螺距不等，且主动螺母4的螺距大于从动螺杆5的螺距。

区别于一般微注塑机的利用温度/压力传感器控制注射量达到注射精度的方法，差动传动的微型注塑机的注射方法的特点是利用螺纹结构的差动传动来完成对注射精度的控制，具体实现方法是将螺纹套3的外螺纹与固定在支架上的主动螺母4相配合，形成主螺纹副，螺纹套3的内螺纹与从动螺杆5相配合，形成从螺纹副，主、从两副螺纹副串联叠加形成差动螺旋机构，两个螺纹副的螺距差即为差动距离，从动螺杆5与注射柱塞17的连接处安装计量调节装置18，计量调节装置18包括模拟开关、放大滤波电路、A/D转换器、加法器、和处理器等；根据注塑成型工艺，输入设定的熔料注射量，通过位移传感器对从动螺杆5的位移测量转换为熔料的注射量，反馈到注射伺服电机2，进行计量和注射的协调动作。注射量设定值可以根据不同的注塑产品的需要，方便快速地调节，并通过位移传感器快捷地做出反应。因此，本发明一种差动传动的微型注塑机的注射装置及方法，提高注射精度，能够实现微型塑料制品的精密高效成型，并且具有结构简单，操作容易等优点。

如图3所示，本发明一种差动传动的微型注塑机的注射装置的控制原理：在一个注射周期开始时，设定好熔料的注射量，处理器发出控制信号，预塑装置把熔融态的塑料输送到注射流道中，注射伺服电机启动驱动差动螺纹结构，是通过驱动螺旋套转动从而带动从动螺杆来进行差动传动的熔料注射。位移传感器用来测量从动螺杆的移动距离，由模拟开关来进行信号的采集。从位移传感器得出的信号经过放大滤波，再经A/D转换变为数字信号送入处理器中。处理器按照预先设定的程序对注射量反馈值和设定值进行处理，从而得出控制信号，控制预塑装置和注射伺服电机的协同动作，实现微型制品的精密高效成型。

如图4所示，本发明一种差动传动的微型注塑机的注射装置的工作过程如下：一个计量行程开始后，首先通过计量调节装置18设定精密注射量，止逆阀16关闭，预塑螺杆伺服电机9启动，塑料颗粒通过在预塑机筒13中熔融塑化之后，然后止逆阀16打开，在预塑螺杆12的压力的作用下经由止逆阀16的控制和调节进入到注射流道中；之后注射伺服电机2驱动螺纹结构，使得螺纹套3转动，然后通过主动螺母4并带动从动螺杆5沿着支撑杆20轴向直线运动；最后从动螺杆5上安装的注射柱塞17把熔料快速精确地注射到模腔中。此时计量调节装置18判断计量是否结束，若计量结束则注射伺服电机2停止转动，计量结束；若计量还没有结束，由位移传感器测量位移信号，送到控制器里并作用到差动螺纹结构中来精确的控制注射量，完成注塑的动作。

Claims

1.一种差动传动的微型注塑机的注射装置，其特征在于：主要由支撑座（1）、注射伺服电机（2）、螺纹套（3）、主动螺母（4）、从动螺杆（5）、预塑丝杠伺服电机（6）、固定支架（7）、预塑丝杠（8）、预塑螺杆伺服电机（9）、移动支架（10）、支架导杆（11）、预塑螺杆（12）、预塑机筒（13）、加热线圈（14）、喷嘴（15）、止逆阀（16）、注射柱塞（17）、计量调节装置（18）、从动螺杆支撑块（19）、支撑连杆（20）等组成；其中，所述注射伺服电机（2）由支撑座（1）垂直支撑并与螺纹套（3）连接直接驱动螺纹套（3）转动；螺纹套（3）的外螺纹与固定在支架上的主动螺母（4）相配合，形成主螺纹副，螺纹套（3）的内螺纹与从动螺杆（5）相配合，形成从螺纹副，主、从两副螺纹副串联叠加形成差动螺旋机构，两个螺纹副的螺距差即为差动距离；从动螺杆（5）由从动螺杆支撑块（19）垂直支撑并可在支撑连杆（20）上轴向滑动；从动螺杆（5）末端安装注射柱塞（17），用以实现预塑熔料的注射；从动螺杆（5）与注射柱塞（17）连接处安装计量调节装置（19）。

2.根据权利要求1所述的一种差动传动的微型注塑机的注射装置，其特征在于：所述主动螺母（4）和从动螺杆（5）的旋向一致，螺距不等，且主动螺母（4）的螺距大于从动螺杆（5）的螺距。

3.根据权利要求1所述的一种差动传动的微型注塑机的注射装置，其特征在于：所述预塑装置包括预塑丝杠伺服电机（6）、固定支架（7）、预塑丝杠（8）、预塑螺杆伺服电机（9）、移动支架（10）、支架导杆（11）、预塑螺杆（12）、预塑机筒（13）、加热线圈（14）等；其中，所述预塑丝杠伺服电机（6）安装在固定支架（7）上，并与预塑丝杠（8）连接，预塑丝杠（8）安装在移动支架（10）上；预塑丝杠伺服电机（6）驱动预塑丝杠（8），从而带动移动支架（10）沿着支架导杆（11）水平直线移动；预塑螺杆伺服电机（9）安装在移动支架（10）上，并驱动预塑螺杆（12）转动。

4.根据权利要求1所述的一种差动传动的微型注塑机的注射装置，其特征在于：所述计量调节装置（18）包括模拟开关、放大滤波电路、A/D转换器、加法器、和处理器等，并依次相连接。

5.根据权利要求1所述的一种差动传动的微型注塑机的注射装置，其特征在于：所述从动螺杆（5）与注射柱塞（17）连接处设置位移传感器，用以实现计量调节装置（18）精确注射和计量的功能。

6.一种采用权利要求1所述的差动传动的微型注塑机注射装置进行注射成型的方法，其特征在于：首先，预塑螺杆伺服电机（9）驱动预塑螺杆（12）转动，塑料在预塑机筒（13）中熔融塑化之后，在预塑螺杆（12）的压力作用下经由止逆阀（16）的控制和调节进入到注射流道中；从动螺杆支撑块（19）固定住从动螺杆（5），使之不能转动，然后注射伺服电机（2）驱动螺纹套（3）转动，通过主动螺母（4）并带动从动螺杆（5）沿着支撑杆（20）轴向直线运动；螺纹套（3）的外螺纹与主动螺母（4）相配合，形成主螺纹副，螺纹套（3）内螺纹与从动螺杆（5）配合，形成从螺纹副；主、从两副螺纹副串联叠加形成差动螺旋机构，两个螺纹副的螺旋差即为转动螺纹套一圈而产生的差动距离；最后从动螺杆（5）上安装注射柱塞（17），并通过计量调节装置（18）来精确的控制注射量从注射流道经由喷嘴（15）注射到模腔中，完成注塑的动作。