CN1166505C - 注塑机的注塑方法及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种注塑方法，该方法包括以下步骤：熔融树脂在加热圆筒内熔化；使一个注射螺杆在加热圆筒内向前运行从而把熔化的树脂注射到一个模具内；在注射完成之前把螺杆回退到一个预先设定的位置；在压力控制下使螺杆进一步地向前运行。

Description

注塑机的注塑方法及其控制系统
本发明涉及一种控制注塑机填充过程的方法及其控制装置。
下面我们给出注塑机注塑操作的一个说明。特别是对一个电机驱动注塑机的例子进行说明并重点解释其注射装置的运动。
(A)驱动一个螺杆旋转用的伺服电机带动该螺杆旋转，由此从漏斗中落到该螺杆尾部的树脂被熔化并且这些给定量的树脂被送到加热筒的尖端。这时，累积在加热筒尖端熔化树脂的压力使得螺杆向后退。
同螺杆后端直接相联接的是一个驱动轴。
该驱动轴通过轴承可转动地支承在一块压力板上。驱动轴由伺服电机通过同步皮带驱动，用于驱动螺杆旋转。一个注射用的伺服电机通过一个滚珠丝杠带动压力板沿着导向杆向前和向后。熔化树脂向前的压力是用一个测压传感器通过后面描述的方式来检测。测压传感器检测的数值通过一个压力反馈控制回路反馈回来。
(B)然后，压力板在注射用伺服电机的带动下向前运行，并通过螺杆的尖端把熔化的树脂填充到一个金属模具内，此时螺杆的尖端相当于一个活塞。
(C)在填充过程的最后，熔化的树脂填满了金属模具的内腔。这时，螺杆向前的运动把速度控制转换为压力控制。这种由速度控制到压力控制的转换称为V-P转换。
(D)其后，金属模具内腔里的树脂在设定的压力下冷却。树脂压力像上面提到的压力控制一样在反馈控制回路中得到控制。
在注射装置内，当过程(D)结束后则回到过程(A)并转变为下一个注塑循环。此时在模具夹紧装置内，与过程(A)同时，金属模具被打开，使得弹射机构把已经冷却和固化的注塑产品释放出来，然后金属模具关闭并转到过程(B)。
参照图1，下面我们对电机驱动注塑机的模制运动进行阐述，并重点说明其注射装置的运动。注射装置利用一个滚珠丝杠和一个丝母把伺服电机的旋转运动转化为直线运动来完成熔化树脂的填充。在图1中，注射用伺服电机10的旋转运动传递给滚珠丝杠11，丝母12被固定在压力板13上并随滚珠丝杠11的旋转而做前后运动。压力板13沿着固定在基架(图中未标出)上的多个导向杆(图中仅标出两个)移动。前后运动通过测压传感器15、轴承16和驱动轴17传递给螺杆18。驱动轴17同时还由驱动螺杆旋转用的伺服电机19通过同步皮带20带动做旋转运动。
伺服电机19的旋转驱动使得螺杆18在加热圆筒21内旋转的同时向后退，因此熔化的树脂就累积在加热圆筒21的尖端。伺服电机10的旋转驱动使得螺杆18向前运动，从而实现这些累积的、熔化的树脂注入金属模具并加压成型。同时，推动树脂填充的压力也由测压传感器15通过其反作用力检测到。
测压传感器15的检测值经测压传感器放大器22放大后输入到控制器23。在压力板13上安装有位置检测器24用来检测螺杆18的运动量。位置检测器24的检测值经放大器25放大后输入到控制器23。
根据操作者的设定，控制器23输出给伺服放大器26、27的电流(转矩)指令取决于它们各自所处的过程。伺服放大器26、27通过控制伺服电机10、19的驱动电流来控制电机的输出转矩。
在上面提到的注射装置中，压力控制通常是在V-P转换后完成的。压力控制对速度的响应是缓慢的。结果就造成注塑产品重量的偏差和注塑产品的过填充，所以就要求从填充压力过渡到保压压力时有一个快速的压降。
图2所示是一个V-P转换前后填充速度和树脂压力变化的波形图。从图2可知，由于V-P转换后速度控制转换为压力控制，而压力控制对速度的响应是缓慢的，因此利用现有技术实现快速压降是非常困难的。例如在模制DVD(数字视盘)和连接器产品时，保压过程就非常短。在这种情况下，V-P转换后降压的方式对注塑产品的影响就非常大。另一方面，由于注塑产品需要高的注射速度，而压力的变化又非常快，所以压力不可能通过压力控制的响应来实现。
本发明的目的是提供一种通过在速度控制转换为压力控制之前立刻把螺杆回退从而得到所需的压力波形并以此取得稳定的注塑产品质量的注塑方法。
本发明的另一个目的是提供一种适合于上述方法的控制系统。
本发明所述的注塑方法由以下几个步骤组成：熔融的树脂在加热圆筒内熔化；注射螺杆在加热圆筒内向前运行而把熔化的树脂注射到模具内；在注射完成之前把注射螺杆回退到一个预定的位置，在压力控制下使注射螺杆向前进一步地运行。
本发明所述的注塑机控制系统包括一个速度控制系统和一个第一反馈回路。该速度控制系统包括一个检测注射螺杆位置用的位置检测单元和一个提供注射螺杆位置设定值用的位置设定单元；第一反馈回路用于根据位置检测单元的一个检测值和位置设定单元的设定值之间的差值而输出给注射用电机一个第一速度指令值。这个注塑机控制系统还包括一个压力控制系统和一个第二反馈回路。该压力控制系统包括一个检测树脂填充压力用的压力检测单元和一个提供填充压力和保压压力设定值用的压力设定单元；第二反馈回路用于根据压力检测单元的一个检测值和压力设定单元的设定值之间的差值而输出给注射用电机一个第二速度指令值。该注塑机控制系统还包括一个切换单元，该切换单元用来在第一反馈回路和第二反馈回路的输出值之间进行切换从而提供一个可选择的速度指令值给注射用电机。速度控制系统被制成可执行一个控制功能，用于在填充过程中当注射螺杆前行到预先设定的位置后使螺杆以预先设定的速度返回到一个设定位置，随后切换单元切换到第二反馈回路。
图1所示是一个重点展示其注射装置的电机驱动注塑机。
图2所示是V-P转换前后填充速度和树脂压力变化的波形图。
图3所示是本发明所述注射用电机驱动控制系统的组成框图。
图4所示是本发明所述V-P转换前后填充速度和树脂压力变化的波形图的一个实例。
图5所示是在多级控制下，填充过程中的螺杆位置—填充速度波形图。
图6所示是在多级控制下，填充过程中的时间—填充速度，时间—压力，时间—设定压力和时间—实际压力的波形图。
参照图3，根据本发明的一个实施例，下面对电机驱动注塑机的控制装置进行说明。本发明所述的控制装置适合于图1中所示的电机驱动注塑机。因此有必要对此例进行阐述，该例中注射用伺服电机10已得到了控制。该控制装置包括一个用来实现速度控制的速度控制系统31和一个实现压力控制的压力控制系统35。这两种控制之间的转换即V-P转换是由开关SW1、SW2通过稍后描述的方式来完成的。
速度控制系统31的作用是在V-P转换前实施填充速度控制。速度控制系统31包括一个第一反馈系统，该反馈系统根据用于检测螺杆位置的位置检测单元的一个检测值Sfb和用于提供螺杆位置设定值的位置设定单元31-1的设定值Srf之间的差值而输出给伺服电机10一个速度指令值。另外，位置检测单元包括一个用来检测伺服电机10转速的速度传感器31-2和一个用来把速度传感器31-2检测到的一个速度值Vfb积分以计算出螺杆位置Sfb的计算单元31-3。位置检测单元的功能可以由图1中所示的位置检测器34来完成。计算单元31-3把计算所得螺杆位置Sfb的一个信号输出给计算单元31-4(第一计算单元)以便计算出它和设定值Srf之间的差值。
表示此差值的一个信号(以下称为第一差值信号)输入到补偿器31-5(第一补偿器)中。根据此输入的第一差值信号，补偿器31-5给伺服电机10输出一个表示速度指令值的信号。当填充速度控制在执行时即当开关SW1(第一开关)处于接通状态，速度指令值与速度传感器31-2的检测值Vfb之间的差值由计算单元31-6(第三计算单元)计算出来。这个差值信号经过限速器32和补偿器33传给电机驱动器34。电机驱动器34根据来自补偿器33的输入信号控制伺服电机10。
压力控制系统35的功能是在V-P转换后执行压力控制。压力控制系统35包括一个第二反馈系统，该反馈系统根据用于检测树脂填充压力的压力检测器35-1的一个检测值Pfb和用于提供填充压力的设定值的压力设定单元35-2的设定值Prf之间的差值而输出给伺服电机10一个速度指令值。压力检测器35-1的功能可以由图1中的测压传感器15来完成。在第二反馈系统中，计算单元35-3(第二计算单元)计算出用于检测树脂填充压力的压力检测器35-1的一个检测值Pfb和压力设定单元35-2的设定值Prf之间的一个差值。表示该差值的一个信号(以下称为第二差值信号)被输入到补偿器(第二补偿器)35-4内。补偿器35-4根据第二差值信号而输出给伺服电机10一个速度指令值。当压力控制被执行时即开关SW2处于接通状态，速度指令值和速度传感器31-2检测值之间的一个差值由计算单元31-6计算出来。差值信号经限速器32和补偿器33输入给电机驱动器34。电机驱动器34根据来自补偿器33的输入值控制伺服电机10。
上述控制装置实施例的一个特征在于：在注塑的填充过程中，当螺杆向前运行到预先设定的位置后，通过使其以一个设定的速度返回到一个设定的位置来影响压降，从而能够产生一个必要的压力波形。具体来说，控制螺杆返回到设定位置来影响压降是利用速度控制系统31对伺服电机10的控制来实现的，此时开关SW1处于接通状态(开关SW2处于断开状态)。接着，螺杆返回到设定位置以后的控制是利用压力控制系统35对伺服电机10的控制来实现的，此时开关SW2处于接通状态(开关SW1处于断开状态)
图4所示是V-P转换前后填充速度和树脂压力变化的波形图。由图4可知，螺杆是否已经向前运行到预先设定的位置是可以检测到的。当螺杆运行到预先设定的位置后，在V-P转换前，通过使螺杆以设定的速度返回到设定的位置来迅速影响压降控制从而得到所希望的压力波形。
另外，图2和图4分别给出了一种状态图，为了简单起见，其中的填充速度是一级的。实际上，在本实施例中，填充过程是按多级控制方式完成的，如图5和图6所示，其中的填充速度随螺杆的位置而切换。图5所示是螺杆位置—填充速度的波形图，图6所示是时间—填充速度，时间—设定压力和时间—实际压力的波形图。在该例中，在螺杆被检测到已到达最后一级位置后，通过使螺杆以一个单独设定的速度返回到一个单独设定的位置来实现压降。
另外，本发明不但适用于电机驱动型注塑机而且也适用于液压型注塑机。
如前所述，由于螺杆能够响应速度控制而运动，则当其前行到预先设定的填充位置(设定值)后，螺杆就会以一个设定的速度返回到一个设定的位置，本发明也就能够实现迅速的压降。因此，可以有选择地设定一个所需的压力波形以保证注塑产品质量的稳定。

Claims (16)

1、一种注塑方法，所述方法包括以下步骤：
熔融树脂在加热圆筒内熔化；
注射螺杆在加热圆筒内向前运行从而把熔化的树脂注射到一个模具内；
在注射完成之前把注射螺杆回退到一个设定的位置；
在压力控制下使螺杆进一步向前运行；
其中所述注射螺杆向前运行的步骤是在速度控制下完成的，注射螺杆以预定的速度进行回退。
2、根据权利要求1所述的注塑方法，其特征在于：所述注射螺杆向前运行和回退的步骤是在速度控制下完成的。
3、根据权利要求1所述的注塑方法，其特征在于：所述注射螺杆向前运行的步骤是通过下述方式实现的，使注射螺杆有顺序地以多个增加量的方式前行直至到达预先设定的位置，然后，当螺杆到达多个增加量的最后一个增加量时执行回退步骤。
4、根据权利要求1所述的注塑方法，其特征在于：所述螺杆向前运行、回退和进一步向前运行的步骤是依据树脂压力的波形来实现的。
5、一个用在权利要求1所述的注塑方法中的注塑机控制系统，所述系统包括：
一个速度控制系统，所述速度控制系统包括一个检测注射螺杆位置用的位置检测单元，一个提供注射螺杆位置设定值用的位置设定单元，和一个根据位置检测单元的一个检测值与位置设定单元设定值之间的差值而输出给注射电机一个第一速度指令值的第一反馈回路；
一个压力控制系统，所述压力控制系统包括一个检测树脂填充压力用的压力检测单元，一个提供填充压力和保压压力设定值用的压力设定单元，和一个根据压力检测单元的一个检测值与压力设定单元设定值之间的差值而输出给注射电机一个第二速度指令值的第二反馈回路；
一个切换装置，用来在第一反馈回路和第二反馈回路的输出值之间进行切换，从而提供一个可选择的速度指令值给注射电机，
其中所述速度控制系统用来完成一个控制作用，用于在填充过程中，当注射螺杆向前运行到预先设定的位置时使螺杆以一个预先设定的速度返回到一个预先设定的位置，然后，所述切换装置切换到第二反馈回路。
6、根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于：所述填充过程是由速度控制系统以多个增加量的方式来完成的，其中注射螺杆的向前运行是根据注射螺杆的位置以相应的多个增加量方式来控制的，当注射螺杆到达由多个增加量的最后一个增加量确定的位置后，注射螺杆就被回退到设定的位置。
7、根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于：所述位置检测单元包括一个检测注射电机转速用的速度传感器。
8、根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于：所述位置检测单元还包括把速度传感器的检测值进行积分以计算出注射螺杆位置的计算装置。
9、根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于：所述第一反馈回路还包括一个第一计算单元，该单元用来计算出位置检测单元的检测值与位置设定单元的设定值之间的差值从而输出一个第一差值信号。
10、根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于：所述第一反馈回路还包括一个根据第一差值信号而输出给注射电机速度指令值的第一补偿器。
11、根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于：所述第二反馈回路还包括一个第二计算单元，该单元用来计算出压力检测单元的检测值和压力设定单元的设定值之间的差值而输出一个第二差值信号。
12、根据权利要求11所述的控制系统，其特征在于：该系统还包括一个根据第二差值信号而输出给注射电机第二速度指令值的第二补偿器。
13、根据权利要求12所述的控制系统，其特征在于：所述位置检测单元包括一个检测注射电机转速用的速度传感器。
14、根据权利要求13所述的控制系统，其特征在于：该系统还包括同速度传感器相连的计算装置，该装置用于把速度传感器的检测值进行积分来计算出注射螺杆的位置。
15、根据权利要求12所述的控制系统，其特征在于：所述切换单元包括一个连接于第一补偿器和电机驱动器之间的第一开关，和一个连接于第二补偿器和电机驱动器之间的第二开关。
16、根据权利要求15所述的控制系统，其特征在于：该系统还包括一个同电机驱动器输入端相连的第三计算单元，所述第三计算单元用于当第一开关处于接通状态时，从来自第一补偿器的速度指令值中减去速度传感器的检测值，并把相减的结果输出给电机驱动器，当第二开关处于接通状态时，从来自第二补偿器的速度指令值中减去速度传感器的检测值，并把相减的结果输出给电机驱动器。
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