CN1105007C - 电机驱动的模具夹紧装置 - Google Patents

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Abstract

一种电机驱动的模具夹紧装置包括一伺服电机和一可动盘，用肘关节机构带动用于夹紧模具的可动盘进退。肘关节机构有与可动盘相连的十字头。设置单元设定可动盘位置，位置检测器检测十字头位置。控制单元用数学函数来逼近十字头位置和可动盘位置间的关系。控制单元根据设定的可动盘位置，用数学函数计算出十字头的计算位置，以控制十字头的位置，进而控制合模和闭模位置。十字头位置控制是根据检测位置和计算位置来进行的。

Description

电机驱动的模具夹紧装置
本发明涉及一种用于电机驱动注塑机的电机驱动的模具夹紧装置。
近些年来，电机驱动注塑机正逐渐取代液压注塑机并得到了越来越广泛的应用。原因之一就在于与液压驱动注塑机相比其结构简单，这是由于它无需液压泵、液体管路和阀门。此外，以伺服电机作为动力源，使得电机驱动注塑机的控制更为容易。在大多数情况下，注射装置和模具夹紧装置都使用伺服电机。
在模具夹紧装置中通常采用肘杆系统。肘杆系统通过其肘关节机构将伺服电机产生的力倍增，然后通过肘节杆传递到模具上。所述的这种模具夹紧装置在不断地发展和完善。日本专利公开3-56654(56654/1991)号中公开了一种改进的模具夹紧装置的实例。在一种伺服电机驱动肘关节机构而带动模具夹紧可动盘运动的注塑机中采用了这种模具夹紧装置。肘关节机构带有一个与可动盘连接在一起的十字头。模具夹紧装置带有一个十字头位置检测器用来检测肘关节机构中十字头的位置。更具体地说，十字头的一个行程对应于一个模具夹紧工作周期。一个行程可以分为许多区间。模具夹紧装置还带有一个区间确定单元，用来根据接收到的十字头位置检测器的输出来确定十字头所在的区间。另外，模具夹紧装置还带有一个可动盘位置计算单元，它可以通过一个表达十字头位置(十字头所在的区间)和可动盘位置关系的线性方程式，根据区间确定单元和十字头位置检测器的输出来计算可动盘的当前位置，从而逼近可动盘的位置。显示单元用来显示由可动盘位置计算单元得到的可动盘位置。上述结构给出了根据上述线性方程式而逼近计算出的可动盘的位置。
然而，十字头与可动盘之间的位置关系是非线性的，是曲线模型而不是直线模型。在这种情况下，如果把曲线分成许多区间，根据这些曲线分成的多个区间进行线性逼近就会产生误差。因此，上述技术就有一个固有的问题，也就是可动盘的计算位置和其实际所在的位置之间的误差问题。这就意味着上述模具夹紧装置在对合模位置和闭模位置的控制精度上还具有一定的局限性。
因此，本发明的一个目的就是要改善控制合模和闭模位置的精度。
本发明可以用于一种由一个伺服电机、一个可动盘以及由伺服电机驱动的带动用于夹紧模具的可动盘前后移动的肘关节机构组成的电机驱动的模具夹紧装置。
根据本发明的一个方面，电机驱动的模具夹紧装置由一个用于设置可动盘位置的设置单元、一个用于检测肘关节机构中十字头位置的位置检测器、和一个控制单元组成。控制单元使用至少一个二次或更高阶(例如，三次，四次等等)的函数来逼近十字头和可动盘之间的位置关系。控制单元根据设置单元设定的可动盘的位置，使用逼近函数来计算十字头的位置。然后控制单元控制十字头的位置，以便控制合模和闭模的位置，控制的进行还要根据位置检测器提供的位置和计算所得的十字头位置，而且控制单元设置成将可动盘的运动行程划分成多个区间，其使用数学函数对每一区间的所述十字头位置和所述可动盘位置之间的关系进行逼近，并且对多个区间中的每一区间所用的数学函数都不相同。
参照附图可以更全面的理解本发明，其中：
图1是本发明的一个最佳实施例中的电机驱动的模具夹紧装置的结构的示意图；
图2是图1中电机驱动的模具夹紧装置的十字头和可动盘之间的位置关系曲线图；
图3是图1中控制单元所执行的、描述逼近十字头位置操作的流程图；
图4是用来描述图2所示的曲线插值的另一个实例的曲线图。
参照图1，描述了一个本发明的最佳实施例的电机驱动的模具夹紧装置。模具夹紧装置10包括一个固定盘11和一个肘杆支撑件12。四根连接杆13(图中只显示出两根)设置在肘杆支撑件12和固定盘11之间。一个可动盘14与固定盘11相对使得可动盘14能够沿着连接杆13自由地前进和后退。一个固定模具(图中未示出)安装在与可动盘14相对的固定盘11的表面上。同样地，一个可动模具(图中未示出)安装在与固定盘11相对的可动盘14的表面上。
在可动盘14的后端面上设有一个推杆进料装置15。推杆进料装置15用来推动推杆(未示出)以顶出被模制产品。在推杆进料装置15中，用于顶出的伺服电机16通过行程Sa推进或拉回顶杆17。
在肘杆支撑件12和可动盘14之间设置有一个肘关节机构。驱动一个用于模具夹紧的伺服电机18来推进和拉回十字头19以产生一个由肘杆放大系数放大了的模具夹紧力。该模具夹紧力被用来推进可动盘14(在图1中的右侧)以达到模具夹紧的目的。
该肘关节机构由肘节杆20和21以及肘臂22组成。肘节杆20可绕枢轴转动地支承在十字头19上。肘节杆21可绕枢轴转动地支承在肘杆支撑件12上。肘臂22可绕枢轴转动地支承在可动盘14上。肘节杆20和肘节杆21相连。肘节杆21和肘臂22相连。在伺服电机18中设置有一个旋转编码器23来检测十字头19的位置(以下将称之为十字头位置)。旋转编码器23通过直接检测伺服电机18的转速来检测十字头位置。来自旋转编码器23的位置检测信号被传送到控制单元30中。
在日本专利公开号NO.9-164571(164571/1997)中，公开了上述类型的模具夹紧装置10。模具夹紧装置10就是俗称的“内置驱动型”，其特征之一就是没有皮带一类的动力传动机构。由于模具夹紧装置10已经为人们所熟知，因而这里没有详细描述其结构和构造，特别是没有表示出将伺服电机18输出轴的转动转化为十字头19的往复运动的滚珠丝杠机构。
再参照图2和图3，来描述控制单元30是如何控制合模和闭模位置的。本发明的特征就在于控制单元30的控制操作。图2是十字头位置和可动盘14的位置(以下称为可动盘位置)之间的关系曲线图。这种相互关系是一个曲线模型。根据本实施例的电机驱动的模具夹紧装置带有一个设置单元31(见图1)，用来设定可动盘的位置。控制单元30使用一个二次或更高阶的函数(例如三次，四次等等)来逼近十字头位置和可动盘位置的相互关系，并根据设置单元31设置的可动盘位置使用逼近函数来计算十字头的位置。然后控制单元30比较计算所得的十字头位置值和根据旋转编码器23检测的结果确定的十字头位置值，来控制十字头位置，直至这些位置差趋向于零。换句话说，控制单元30根据十字头的计算位置值和当前位置值来计算十字头19的位移量，从而根据计算位移量来控制十字头的位置。通过这种方式来控制合模和闭模位置。
尤其是，控制单元30把可动盘14的运动行程或范围(即图2中的横坐标轴)分为多个区间，并使用一个二阶或更高阶函数来逼近每一区间中十字头和可动盘之间的位置关系。在本实施例中，可动盘14的运动范围分为五区间：X0-X1、X1-X2、X2-X3、X3-X4和X4-X5。
参照图3，描述了控制单元30如何逼近十字头的位置。在步骤S0，控制单元30读取预先由设置单元31设定的可动盘的位置。在步骤S1，控制单元30判断可动盘的预置位置X值(读取值)是否大于定义第一区间X0-X1的X1值。如果可动盘预置位置值大于X1值，则控制转向步骤S2。另一方面，如果可动盘的预置位置值小于X1值，则控制单元30通过下列四次等式a1x4+b1x3+c1X2+d1x+e1使用曲线逼近法计算十字头的位置。a1，b1，c1，d1和e1都分别代表一个常数。
接着，在步骤S2，控制单元30判定可动盘位置预置值(读取值)是否大于定义第二区间X1-X2的X2值。如果可动盘位置预置值大于X2值，则控制过程转向后续步骤。另一方面，如果可动盘位置预置值小于X2值，则控制单元30根据下列二次等式a2x2+b2x+c2使用曲线逼近法计算十字头的位置值。a2，b2和c2分别代表一个常数。
上述类似的步骤不断重复，直至最后第n区间xn-1-xn，其中n是一个正整数。对于最后一区间，也就是第n区间，控制单元30在步骤Sn，根据下列二次等式anx2+bnx+cn，使用曲线逼近法计算十字头的位置值。an，bn和cn分别代表一个常数。
在步骤Sn+1，控制单元30根据旋转编码器23检测到的十字头位置，使用各区间的曲线逼近值，反过来计算可动盘的位置。控制单元30然后在显示单元32(见图1)上，显示通过反向计算获得的值。
需要说明的是，图2所示的关系曲线可以预先获得。控制单元30可以带有一个存储单元30-1，用于存储设置单元31所设定的可动盘位置。在这种情况下，控制单元30可以预先在存储单元30-1中存储一个用来指示可动盘14的位置和相应的十字头位置之间关系的表，可动盘14的位置是通过二次或高阶函数对上述各区间使用逼近法得到的。这允许使用一个对应于可动盘14的位置预置值的地址，从存储单元30-1中读取十字头的位置。
图4描述了以表为基础的十字头位置检测值的另一个实例。在第一区间X0-X1至第n区间Xn-1-Xn中特别选出第一区间X0-X1进行描述。更具体地说，使用线性逼近法逼近第一区间X0-X1，并且使用一条下凸曲线逼近对线性逼近的结果进行插值。当然，对其它区间也使用同样的方法来处理。使用这种方法，存储器30-1中存储的是用线性逼近值减去曲线逼近值Δ所得到的差值。当产生的曲线是上凸曲线时，要将Δ值加到线性逼近值上。
尽管对本发明的最佳实施例的描述是通过内置式电机模具夹紧装置来进行的，本发明也可以用于其它类型的电机驱动的模具夹紧装置。
如上所述，根据本发明，可以使用二次或更高阶次的曲线插值更精确地确定可动盘的位置。这样可以改进合模和闭模位置的控制精度。
对于本领域技术熟练人员可有某些变化，但仍在本发明的宗旨和范围之内。要确定本发明的范围，请参考随后的权利要求书。

Claims (12)

1、一种电机驱动的模具夹紧装置，其特征在于，它包括：
一个伺服电机；
一个可动盘；
一个由伺服电机驱动的带动用于夹紧模具的可动盘前后移动的肘关节机构，所述肘关节机构具有一个与所述可动盘相连的十字头；
一个用来设定所述可动盘的位置的设置单元；
一个用来检测所述十字头位置的位置检测器；以及
一个使用至少一个二次或更高阶次的数学函数，来逼近所述十字头位置与所述可动盘位置之间关系的控制单元，所述控制单元通过所述设置单元设定的所述可动盘位置值，使用至少一个数学函数来计算所述十字头的位置值，以便控制所述十字头位置，从而控制开模和闭模位置，位置的控制是根据所述位置检测器测得的位置值和计算的十字头位置值来进行的，且所述控制单元设置成将可动盘的运动行程划分成多个区间，所述控制单元使用数学函数对每一区间的所述十字头位置和所述可动盘位置之间的关系进行逼近，并且对多个区间中的每一区间所用的数学函数都不相同。
2、如权利要求1所述的电机驱动的模具夹紧装置，其特征在于，所述控制单元包括一个存储单元，所述存储单元用于存储代表所述可动盘位置和所述十字头对应位置之间关系的数据，所述数据作为一个数据表存储在所述存储单元中，其中可动盘位置是对每一区间使用数学函数进行逼近而得到的。
3、如权利要求1所述的电机驱动的模具夹紧装置，其特征在于，所述控制单元根据所述位置检测器检测到的十字头位置，使用一个二次或更高阶数学函数计算所述可动盘的位置，该模具夹紧装置还包括一个显示单元，用于显示通过这种逆运算获得的可动盘的位置。
4、如权利要求2所述的电机驱动的模具夹紧装置，其特征在于，所述控制单元设置成使用一个线性逼近函数对每一区间中所述十字头位置和所述可动盘位置之间的关系进行逼近，然后，所述控制单元使用一条逼近曲线对线性逼近的结果进行插值，从而控制所述可动盘的实际位置。
5、如权利要求1所述的电机驱动的模具夹紧装置，其特征在于，所述数学函数如下：
S＝a1x4+b1x3+c1x2+d1x+e1
其中S等于十字头位置，a1、b1、c1、d1和e1分别为常数，x为由所述设置单元设定的所述可动盘位置。
6、如权利要求1所述的电机驱动的模具夹紧装置，其特征在于，所述数学函数是
S＝a2x2+b2x+c2
其中S等于十字头位置，a2、b2和c2是常数，x是由设置单元设定的所述可动盘位置。
7、如权利要求1所述的电机驱动的模具夹紧装置，其特征在于，所述数学函数是
S＝an-1x2+bn-1x+cn-1
其中S等于十字头位置，an-1、bn-1和cn-1都是常数，x是由所述设置单元设定的所述可动盘位置。
8、一种用于在肘杆式模具夹紧装置中控制可动盘的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供一个可动盘，与可动盘相连的十字头，用于设定可动盘位置的设置单元，用于检测十字头位置的位置检测器，及控制单元，其用于将可动盘的运动范围分成多个区间并使用至少一个二次或更高次数学函数对每一区间的所述十字头位置和所述可动盘位置之间的关系进行逼近，并且对多个区间中的每一区间所用的数学函数都不相同；
用位置检测器检测十字头的位置，并向控制单元提供位置信号；
根据所述位置信号并使用至少一个二次或更高次数学函数计算可动盘的位置。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
将可动盘的位置设定到设置单元内；
根据设置单元设定的可动盘的位置，使用至少一个二次或更高次数学函数并通过控制单元计算十字头的位置；
使用位置信号和控制单元计算出的十字头的位置并通过控制单元控制十字头。
10、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
提供显示装置；及
通过显示装置显示可动盘的位置，该位置是使用至少一个二次或更高次数学函数通过计算得到的。
11、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述逼近包括以下步骤，使用线性逼进对所述十字头位置与所述可动盘位置之间的关系进行逼进，然后利用曲线逼近对线性逼近的结果进行插值。
12、一种用于在肘杆式模具夹紧装置中控制可动盘的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供一个可动盘，与可动盘相连的十字头，用于设定可动盘位置的设置单元，用于检测十字头位置的位置检测器，控制单元，其用于将可动盘的运动范围分成多个区间并使用至少一个二次或更高次数学函数对每一区间的所述十字头位置和所述可动盘位置之间的关系进行逼近，并且对多个区间中的每一区间所用的数学函数都不相同，及用于预先储存可动盘的位置和与可动盘位置相应的十字头位置的查阅表；
将可动盘的位置设定到设置单元内；
根据设定到设置单元内的可动盘位置，从查阅表内读出与可动盘位置相应的十字头的位置；
用位置检测器检测十字头的位置，并向控制单元提供位置信号；
利用位置信号和从查阅表读取的十字头位置通过控制单元控制十字头。
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