全電動注塑機控制系統(tǒng)解讀

1、 全電動注塑機控制系統(tǒng)1注塑機結(jié)構(gòu)全電動式注射機的所有運動都是使用伺服電機驅(qū)動，如圖1所示為全電式注射機主要部件結(jié)構(gòu)圖。圖1全電注射機主要部件結(jié)構(gòu)1-模具開合伺服電機；2-塑化伺服電機；3-射膠伺服電機；4-調(diào)模變頻電機5-頂出伺服電機；6-螺桿加熱器；7-射臺移動電機1注射裝置注射裝置是實現(xiàn)塑料的塑化、注射，包括料斗、料筒、加熱器、計量裝置、螺桿及其驅(qū)動裝置、噴嘴等部件。注射裝置的結(jié)構(gòu)和控制方式對制品的質(zhì)量起著決定性的影響，是注射機中的關(guān)鍵部件。采用伺服電機驅(qū)動注射機注射裝置通常有兩種形式：皮帶驅(qū)動方式和直接驅(qū)動方式。皮帶傳動精度會受影響，直接驅(qū)動方式結(jié)構(gòu)簡單。電動注射機注射機構(gòu)，要求電動機

2、轉(zhuǎn)速較低、轉(zhuǎn)動力矩大，而且超載保護作用較弱。因此，在成形大制品時，通常使用皮帶式驅(qū)動，而對于小制品則常常采用直接驅(qū)動方式。如圖2所示為伺服電動機直接驅(qū)動的注射裝置，伺服電機M1軸上裝有帶輪，通過安裝在這個輪子上的齒形帶驅(qū)動滾珠絲桿回轉(zhuǎn)，從而使螺桿前進（注射）或者后退（塑化），而螺桿的回轉(zhuǎn)運動可以通過伺服電機M2以同樣的方式實現(xiàn)。注射過程中除了速度的控制之外，還要考慮注射壓力的控制，在螺桿末端的止推軸承保持架上安裝壓力傳感器，通過其反饋信號對注射壓力進行精確的控制。用這種方法可以直接檢測到注射或塑化時加料筒內(nèi)塑料壓力的反壓力，因此可以對注射壓力、保壓壓力進行精確的控制，而塑化壓力則采用連續(xù)不斷的

3、對伺服電機施加一定負載的方式進行控制。電趙控制一伺.腔故大曙圖2注射壓力控制原理2.合模裝置實現(xiàn)模具的開閉動作，成形時提供足夠的夾緊力使模具鎖緊，開模時推出模內(nèi)制品。電動注射機的合模機構(gòu)主要采用肘桿式鎖模機構(gòu)，模板開合動作采用伺服電機的優(yōu)點是：模板開合速度易于控制，動模板的停止位置也可以精確控制等，這就需要價格較貴的大型伺服電機。全電合模裝置包括：模具開閉電機代替了傳統(tǒng)的移模油缸，調(diào)模電機替代了傳統(tǒng)的調(diào)模油缸，頂出電機則替代了傳統(tǒng)的頂出油缸。2注塑機控制系統(tǒng)2.1控制系統(tǒng)軟件、硬件結(jié)構(gòu)電動注射機的控制是根據(jù)工藝過程設計的，具體內(nèi)容包括以下兩個方面。1.電動注射機筒溫度控制設計電動注射機機筒溫度

4、控制與常規(guī)液壓注射機螺桿筒溫控方式一樣，利用微機控制回路，選擇合適的控制算法完成對注射機機筒外各加熱套的控制。確保機筒內(nèi)各段的工作溫度能按照工藝上的要求保持在設定的范圍內(nèi)，精確的溫度控制在精密注塑上有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及原材料的利用率，是一項十分重要的指標。注塑機的料桶溫度控制對象是一個非線性、不確定、強耦合和大滯后的系統(tǒng)，是其中一個控制難點。對于這類對象，當前還缺乏一個統(tǒng)一有效的控制方法,常規(guī)的PID控制方法無法滿足高精度注射的要求。注塑機生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，預塑量不同，環(huán)境溫度不同，生產(chǎn)周期不同時其料桶溫度對象模型參數(shù)就不一樣；料桶各段溫度控制之間存在很強的耦合現(xiàn)象，要實現(xiàn)完全的解耦控制非常困

5、難；另外該對象還是一個大滯后系統(tǒng)，常規(guī)控制方法難免會出現(xiàn)大超調(diào)和震蕩現(xiàn)象,因此必須研究自適應的溫度控制策略實現(xiàn)高精度的溫度控制。在塑料加工過程中，溫度控制主要包括料筒、噴嘴和模具的溫度控制。料筒溫度即料筒表面加熱溫度，由于料筒的壁比較厚，因此，熱電偶檢測點的選擇非常關(guān)鍵，不同的檢測點上溫度曲線有較大的差異。因此雙點平行檢測，即在料筒表面與深處同時設置熱電偶，將得到比較穩(wěn)定的溫度曲線，有利于溫度控制的精度。噴嘴溫度直接影響著熔體通過時的剪切流動，對制品的質(zhì)量有大的影響，因此噴嘴溫度的控制精度要求更高。模具溫度是指與制品接觸的模腔表面溫度,它會顯著影響充模、冷卻和保壓過程，可直接購買第三方的模溫機

6、來實現(xiàn)模溫控制。2.電動注射機動作控制系統(tǒng)設計為獲得優(yōu)質(zhì)的制品，電動注射機在注射過程中，用微機來實現(xiàn)對電動注射機各個運動機構(gòu)動作的順序及過程控制的方案。確保注射機能按照工序的要求，完成對制品的生產(chǎn)流程。注射裝置在注射成形的工作過程中，主要實現(xiàn)塑化計量，注射，保壓補縮三項功能。因此其結(jié)構(gòu)設計中應滿足以下基本要求：在設定的時間內(nèi)，提供一定數(shù)量的，組分和溫度均勻的熔料；根據(jù)塑料性能和制品結(jié)構(gòu)情況，產(chǎn)生合適的注射速度和壓力，將一定量的熔料注入模腔。在電動注射機中，以上的功能主要是由6臺電動機通過動作配合來完成的。電動注射機結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。與注射螺桿同軸且連接緊密的電動機稱為射膠電動機，它的主要作用

7、是通過傳功裝置來實現(xiàn)注射螺桿的向前注射運動。與注射螺桿平行的電動機稱為熔膠電動機，它的作用是實現(xiàn)在預塑化過程中螺桿的轉(zhuǎn)動，把來自料斗的粒狀原料向前輸送。用于使整個射臺平移的電動機稱為射臺移動電動機，射臺的往復運動均是由該電動機驅(qū)動完成。以伺服電機作為驅(qū)動裝置的全電注射機控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由人機界面、邏輯控制器、運動控制器、伺服驅(qū)動、溫度控制和傳感器六個部分組成。人機界面注射機運動控制曙邏輯控制注矍T藝注射伺服單元射臺變閉控制調(diào)模變利控制洽隊注射脫摸肘臺移幼）位蠱電子尺圖3伺服注射機硬件框架傳感器以位置、速度、壓力、溫度為基礎的工藝程序控制是基于傳感器的信息來進行的，為實現(xiàn)高精密注

8、塑工藝而建立了諸多閉環(huán)環(huán)節(jié)。注射機的射出螺桿移動速度的控制是把安裝在電動機后的編碼器信號作為輸入信號，和在控制器內(nèi)設定的速度指令相比較實現(xiàn)半閉環(huán)控制。射出壓力的控制是測定螺桿后的壓力傳感器信息構(gòu)成射出壓力的全閉環(huán)控制。超低速位置控制則通過光柵尺來實現(xiàn)閉環(huán)控制。溫度和壓力等傳感器信號的高速處理是控制過程系統(tǒng)設計的關(guān)鍵。工藝程序控制裝置和伺服系統(tǒng)之間采用數(shù)字接口，它們之間僅傳遞數(shù)字信號，所以可以實現(xiàn)高精度微小量的控制，抗干擾能力強、無零漂，使穩(wěn)定控制成為可能。伺服控制軟件主要承擔伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制和電流控制。伺服控制軟件和工藝控制軟件關(guān)系密切，它們之間的協(xié)調(diào)使用，能達到自由度很高的工藝程

9、序控制。伺服控制單元電動注射機的性能在很大程度上依賴于伺服控制系統(tǒng)的精密性和穩(wěn)定性，由于不同伺服單元所完成的任務不同，所以其要求也不盡相同，可概括為以下四個方面：高精度為了保證注射成形制品能滿足精密注射的要求，具有高質(zhì)量和高穩(wěn)定性，則必須保證射膠等動作具有很高的精度，因此，在位置控制中要求定位精度高，而在速度控制中，更加要求伺服控制單元能提供高的調(diào)速精度?？祉憫谧⑸涑尚芜^程中，為了成形具有復雜結(jié)構(gòu)的制品，常常需要進行多級注射，為了保證執(zhí)行機構(gòu)能嚴格按照設定的要求進行成形參數(shù)的切換，要求系統(tǒng)除了有高的定位精度外，還要求具有良好的快速響應特性，要求跟蹤指令信號的響應要快，位置跟蹤誤差要小。寬調(diào)速

10、范圍無論是對于注射單元還是鎖模單元，在工作的過程中，執(zhí)行機構(gòu)都需要在較大的速度范圍內(nèi)工作。例如，為了保護模具的安全，鎖模機構(gòu)在驅(qū)動動模板進行合模的過程中，需要從移模階段的高速切換到即將閉緊模具時的低速，因此，驅(qū)動鎖模機構(gòu)運行的伺服單元需要能提供一個最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速比較寬的調(diào)速范圍。低速大轉(zhuǎn)矩要求在低速時進給伺服系統(tǒng)有大的轉(zhuǎn)矩輸出。為了滿足上述四點要求，對進給伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件一伺服電機也提出了相應的要求，包括以下幾點：電機在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能平滑地運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，特別是低速時仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象；電機應有一定的過載能力，以滿足低速、大轉(zhuǎn)矩的要求；為了滿足快速響應的要求，電機必須具有

11、較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、盡可能小的機電時間常數(shù)和啟動電壓；電機應能承受頻繁的啟動、制動和反轉(zhuǎn)。高性能的交流伺服系統(tǒng)的交流電機主要采用異步電動機和永磁同步電動機兩種。一般來說，異步電動機多用在功率較大、精度要求較低、投資費用要求低的場合；而永磁同步電動機則在精度要求高，容量要求小的場合得到了廣泛的應用。所以，在注射機伺服系統(tǒng)中，多用永磁同步電動機。永磁同步電動機又分為兩種：矩形波電流驅(qū)動的永磁電動機（BDCM）和正弦波電流驅(qū)動的永磁電動機（PMSM）。其中，BDCM的功率密度高，系統(tǒng)成本較低，但低速轉(zhuǎn)矩脈動大，高速時矩形波電流發(fā)生畸變，并引起轉(zhuǎn)矩下降，所以一般用于低速、性能要求不高的場合；

12、而PMSM則更多地用于要求較高的速度或者位置伺服的場合。交流伺服單元又有模擬式和數(shù)字式之分，由于模擬式伺服單元難于實現(xiàn)復雜的控制方法，并且器件多，體積大，不易調(diào)試，還存在零點漂移等問題。而數(shù)字式伺服單元，其優(yōu)點是用軟件編程，易于實現(xiàn)復雜的算法，而且柔性好，有時幾種控制方法之間的改變只需改變軟件即可實現(xiàn)，電路一般較簡單，結(jié)構(gòu)緊湊。全電動注射機開合?？刂迫妱幼⑸錂C共有6個電動機需要控制，其中在合模部分有兩個電動機，分別完成開合模和調(diào)模功能。目前在300噸以下的中小型機上，電動注射機的合模部分大多數(shù)采用“伺服電動機-同步帶-滾珠絲桿-雙曲肘合模機構(gòu)”這樣的標準式設計方案，由鎖模伺服電機通過同步帶減

13、速傳動，帶動與帶輪配合的滾珠絲桿，進而推動十字頭。合模裝置是保證成形模具可靠的閉緊和實現(xiàn)模具啟閉動作及頂出制品的部件，在注射成形時，必須具有足夠的鎖模力，另外，電動機驅(qū)動系統(tǒng)還應滿足模具啟閉時的速度要求，既要考慮縮短空載行程的時間，以提高機器的生產(chǎn)率，同時又要考慮到模具啟閉過程的緩沖要求，以防止損壞模具和制件，避免機器受到強烈的振動和產(chǎn)生撞擊噪聲。此外，為了滿足模具安裝和制品取出時空間位置的要求，合模裝置還必須對動模板的移動位置有精確要求。綜上所述，合模裝置主要對合模力、速度、位置三方面的控制提出要求。除此之外，還需要有完善的模具保護措施。通常注射用的模具精密且結(jié)構(gòu)復雜，如果模具內(nèi)留有制品或者

14、殘留物，或者在使用嵌件時嵌件的位置沒有正確放置，模具按設定合模的話，會使模具受到損傷。低壓試合模是在液壓式注射機上普遍應用的模具保護方法，它將動模板靠近定模的最后階段使用低壓，確認動模和定模無障礙物時（以模板達到某個行程位置為判斷依據(jù)），再增大液壓壓力達到所需的鎖模力。而在全電動注射機中，模具保護是通過在臨近定模的位置設定一個檢測區(qū)間，電動機以低速低轉(zhuǎn)矩推動動?？拷?，同時檢測電動機負載電流的變化有否超限來確定有無障礙物。注射壓力與注射速度的控制方法注射裝置在整個工藝過程流程中的工作過程如下：首先，射臺移動電動機正轉(zhuǎn)，驅(qū)動整個射臺向模具的方向運動，至噴嘴與模具的澆口接合，射臺移動電動機停止轉(zhuǎn)

15、動，射臺靜止。當注射動作開始時，射膠電動機工作，注射螺桿向前移動，將積存在螺桿筒前端的熔料注射進模腔中。保壓過程完成后，開始預塑化，這時熔膠電動機工作，使得注射螺桿邊轉(zhuǎn)動邊退回，螺桿在轉(zhuǎn)動中的后退量決定了在螺桿頭部積存的熔料量，當螺桿退回到計量值時，熔膠結(jié)束。1.注射充模螺桿迅速向前運動將熔體經(jīng)過噴嘴注射到成形模具中。熔體經(jīng)噴嘴射出的速率對最終制品的分子排列及剩余應力有很大的影響。由于在充模階段注射速度影響剪切力和剪切速率進而影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量，故注射速度是充模階段的一個重要參數(shù)，模腔中的壓力可由其控制。注射階段的控制可通過螺桿注射速度的控制來進行，分級注射可使熔體表面流動速度近似為常數(shù)，熔體

16、流動速度決定制品的分子排列取向、內(nèi)部應力。注射速率不當會產(chǎn)生蛇形、表面光澤不良、燒焦、龜裂、熔接痕、溢料、飛邊和欠注等成形缺陷。充模階段是注射成形最重要和最復雜的階段，其重要性不僅在于在這一階段得到制品的形狀和尺寸，而且還在于制品的外觀質(zhì)量和主要性能也在很大程度上與這一階段的工藝選擇、控制是否得當有關(guān)。由于熱塑性塑料熔體在注射成形條件下的流動多表現(xiàn)出非牛頓彈性體的特點，加之充模流動過程又不可避免地伴隨著熔體降溫，還有流道幾何形狀和尺寸的復雜多樣，從而給這一成形階段的分析與控制增加了很多困難。2.保壓階段精確地切換時間（充模f保壓）是保證制品質(zhì)量一致的重要參數(shù)。它依賴于時間、位置、壓力和速度。該

17、過程中的主要變量為：保壓壓力、塑料在模腔中的量、熔體溫度。熔體溫度指加熱螺桿筒內(nèi)熔融材料的溫度，常以螺桿筒溫度代表，但當螺桿轉(zhuǎn)速高時，由于摩擦剪切熱的增加，樹脂溫度會升高，有時甚至會超過螺桿筒溫度，因此設定時要考慮這些因素。保壓壓力決定了補縮位移的大小，保壓壓力越大，萎縮越小。3.塑化計量成形物料在注射機螺桿筒內(nèi)的塑料經(jīng)過加熱、壓實及混合等作用后，由松散的粉狀或粒狀固態(tài)轉(zhuǎn)變成連續(xù)的均化熔體的過程稱為塑化。塑料經(jīng)過塑化之后，其熔體內(nèi)必須組分均勻、密度均勻、粘度均勻和溫度分布均勻。只有這樣，才能保證塑料熔體在下一階段的注射充模過程中具有良好的流動性（包括可擠壓性和可模塑性）、才能最終獲得高質(zhì)量的塑

18、料制品。所謂計量是指能夠保證注射機通過螺桿或柱塞將塑化好的熔體定溫、定壓、定量地輸出螺桿筒所進行的準備動作。隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)，塑料原料被推送到螺桿筒的頂端。螺桿筒上的加熱器和由于摩擦產(chǎn)生的熱量對塑料原料進行均勻的加熱。高分子塑料原料逐漸在螺桿筒前端積累而產(chǎn)生壓力，該壓力足以使螺桿向后移動，或者說螺桿被向后推。熔膠結(jié)束時，熔融的塑料熔體已經(jīng)在螺桿筒中積累起來。這個過程又稱為預塑過程或計量過程。螺桿后退的距離稱為預塑行程或計量行程，等于注射行程；計量容積等于注射容積。計量動作的準確性除了與螺桿筒及螺桿的幾何尺寸要素有關(guān)外，還與注射控制精度有關(guān)。在注射過程中，由于采用先進的控制算法如磁場定向控制（FO

19、C）或直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）,使得電動機的輸出轉(zhuǎn)矩能保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，從而能克服因螺桿筒里熔體分布不均等因素而造成螺桿在注射過程中的抖動問題。由于全數(shù)字伺服控制能到達到很高的精密性，因此，不論是注射過程中注射與保壓階段的切換還是塑化過程中對熔料的計量都能實現(xiàn)精確的控制，因而制品的成形具有很咼的穩(wěn)定性。在很多文獻中表明，在注射階段采用分級注射的方法能消除溢料、飛邊等多種缺陷，在傳統(tǒng)的液壓型注射機中，雖然也可以設定分級的注射參數(shù)，但是由于液壓控制過程的響應較慢，控制精度較低，因而很難真正達到分級注射所設定的要求。在電動注射機中，由于數(shù)字伺服控制技術(shù)的引入，采用全數(shù)字的閉環(huán)速度和位置的反饋控制能確保

20、注射過程在每一階段嚴格按照所設定的注射參數(shù)進行運行，從而進一步使得成形制品具有優(yōu)異的性能。4.智能曲線跟蹤由于電動注射機具有控制精度高，穩(wěn)定性好等特點，在電動注射機注射階段的控制中出現(xiàn)了一種智能曲線跟蹤控制，如圖4所示。這種智能曲線跟蹤控制方法是從注射開始到保壓完成的全區(qū)間內(nèi)，把優(yōu)質(zhì)制品成形時得到的壓力波形作為目標，把外部干擾信號放入控制系統(tǒng)環(huán)節(jié)中，通過壓力波形編輯和自控來跟隨這個目標壓力波形，從而抑制注射壓力波形的變動，保持自適應注射成形波形穩(wěn)定。(a)傳統(tǒng)控制方式(b)智能壓力曲線跟蹤控制圖4一種注射曲線智能跟蹤控制的電動注射機智能曲線跟蹤原理如下：在一般的注射過程控制時采用速度和保壓切換

21、方式，在速度切換和射出速度控制的條件下，樹脂的壓力是對應于注射速度的流動阻力值，不是直接的控制對象。而且在成形時由于金屬模具溫度、樹脂的粘度、模具內(nèi)部封閉空間和流道比較復雜等原因，樹脂填充的流動阻力變化很大，相應的壓力波形變化也很大，把樹脂壓力變化連續(xù)地記錄從而得到壓力波形的變動，通過視覺來判斷實際成形壓力波形對成形狀態(tài)穩(wěn)定性的影響，實際上壓力波形的變動幅度和成形穩(wěn)定性之間一般有很強的相關(guān)性，人工智能壓力曲線跟蹤控制就是基于這種事實，直接控制壓力波形，嘗試獲得穩(wěn)定的成形。在注射精密成形領域中，壓力控制也是非常重要的環(huán)節(jié)，壓力控制不僅受摩擦等外圍因素的影響，而且在保壓時，樹脂的冷卻、收縮也會導致

22、壓力發(fā)生變化。在注射成形過程中，壓力對成形制品有著重要的影響。因此，位置控制和速度控制都在很完善的伺服控制系統(tǒng)上附加必要的壓力控制，才能最大限度地獲得優(yōu)質(zhì)的制品性能。采用基于速度環(huán)節(jié)切換壓力閉環(huán)控制是目前電動式注射機控制中的一個關(guān)鍵技術(shù)。壓力智能追隨控制，人工智能（AI）在電動伺服式注射機上應用主要是消除由于機械的因素和外部干擾問題對制品精度的影響。導入AI控制，調(diào)測環(huán)境的變化規(guī)律并能自控，實現(xiàn)智能控制。其中比較有效的方法有AI壓力波形跟隨控制和閉環(huán)增益跟蹤控制。如圖5所示為法那克公司電動注射機人工智能壓力控制曲線，是從注射到保壓全過程的壓力跟蹤控制曲線。圖5法那克公司電動注射機人工智能壓力控

23、制曲線增益跟蹤控制是基于塑料樹脂注入模具三個階段的過程，在注射絲杠安裝壓力傳感器測量注射壓力曲線，絲杠的壓力實現(xiàn)閉環(huán)伺服跟隨曲線控制，用伺服跟隨閉環(huán)增益放大就能實現(xiàn)控制性能穩(wěn)定。在注射機射出裝置中螺桿移動速度大，對應于如圖6所示注入金屬模具過程中樹脂的流動狀態(tài)，加在射出用的伺服電動機上的負荷是變動的?？疾烊廴跇渲⑷虢饘倌＞呷齻€階段，根據(jù)不同特點,需要對增益進行跟蹤控制。圖中A階段是把熔融樹脂快速注入金屬模具的過程，比B、C階段速度快,并且一邊改變速度一邊往前運動。當樹脂流動途經(jīng)路徑形狀復雜，特別是當穿過狹小的縫隙部分時，負荷的變動會很大。因此，在A階段增益較大并且需要動態(tài)調(diào)整。B階段出現(xiàn)在樹

24、脂填充接近尾聲時，射出絲桿負荷急劇增大，同時射出速度急劇減小，這種減速如果不正常進行，在壓力波形上就會發(fā)生被稱為尖峰壓力值的現(xiàn)象，制品就會產(chǎn)生條痕等成形不良現(xiàn)象。因此，在這個階段為了抑制射出速度，必須有合適的增益。圖6樹脂流入狀態(tài)變化C階段是樹脂填充完畢后的保壓過程，注射電動機需要高的負荷。但是運動速度很低，所以用比較小的增益就能夠穩(wěn)定控制。由此時見，在控制過程中必須根據(jù)注射電動機的狀態(tài)來分辨A、B、C各個階段，以實驗方法求得C階段的增益為基礎來計算A階段和B階段的增益值，通過閉環(huán)增益跟蹤調(diào)整使注射成形全過程的控制更加穩(wěn)定、精確。5.注射速度控制響應小型圓片之類的薄壁制品，其注射速度要求極高，

25、與此相反透鏡與棱鏡之類的厚壁制品則要求極低的注射速度，而且要能進行微量控制。因此希望注射機的注射速度的控制范圍盡可能寬。液壓式注射機通過采用蓄能器技術(shù)可以產(chǎn)生較高的注射速度，而對于低注射速度區(qū)域，由于液壓閥和蓄能器的動作特性之故，必然受到一定的限制，不可能產(chǎn)生很低的注射速度。伺服電動機的速度控制特性一般是比較好的。速度可以從極低到極高范圍加以控制。例如，法那克公司的AUTOSHO50B(500kN)型，速度范圍為0.3285mm/s，高低相差近1000倍。對于電動式注射機的注射速度問題，日本住友重機械工業(yè)的電動式注射機SE150型（1500kN）最大注射速度300mm/s，液壓式注射機SG15

26、0型（1500kN）帶有蓄能器最大注射速度300mm/s。從上述數(shù)據(jù)可以看出，伺服電動機驅(qū)動的注射機可以獲得與裝有蓄能器的液壓式注射機同樣高的注射速度。然而，可以認為電動式注射機的優(yōu)點之一，與其說是高速性還不如說是速度范圍寬，特別是低速之下易于控制。如圖7所示是液壓式注射機液壓伺服系統(tǒng)與電動式注射機電氣伺服系統(tǒng)的對比。從圖中可以看出電氣伺服系統(tǒng)中的伺服電動機，相當于液壓傳動裝置中的動力源油泵，同時又直接起著液壓伺服閥和執(zhí)行元件（油缸）的作用，所以其響應速度快，精度也高。（a）液壓伺服系統(tǒng)（b）電氣伺服系統(tǒng)圖7液壓伺服系統(tǒng)與電氣伺服系統(tǒng)比較一般來說，注射機的注射壓力和注射速度的上升時間短是十分重

27、要的，特別是在小型制品、短注射行程的場合，若響應特性差，在達到設定速度之前注射動作就已停止，那么速度控制就不能完成本身的功能。而且，如果加速時和減速時響應特性都差的話，那么注射程序控制指令，與實際值就會不一致。因此，在高速和低速的整個速度范圍，具有高響應特性十分關(guān)鍵。同時，從高速向低速盡可能的平滑轉(zhuǎn)換，且能在短時間內(nèi)完成也是十分關(guān)鍵的。這個問題，為在注射動作結(jié)束向保壓切換時，完成平穩(wěn)的V-p切換控制，防止過充填，進行穩(wěn)定的保壓是十分重要的。在早期的電動式注射機中，上述這一問題難以實現(xiàn)，最近已得到明顯改善，如圖8所示。址射-保壓切換點注射工序汁中切換點）i：k時同注射速虞件制寵闌丿注射圧力挖制范

28、訝保壓前力圖8即將保壓之前注射速度劇減（V-p切換控制）由于電動式注射機伺服電動機的特性，注射壓力的上升速度比液壓式快數(shù)倍。但是與液壓式注射機相比，電動式注射機的注射速度的上升速度要差一些。要使注射速度的上升速度加快，何服電動機和滾珠絲杠等部件都存在著慣性問題，所以各個公司都在進行多方面努力，開發(fā)慣性小的伺服電動機，并采用滾柱絲桿以減小慣性。如圖9所示為法那克公司提供的資料，在全電動式注射機和液壓式注射機上安裝同一套模具，通過壓力傳感器測定模腔壓力，比較兩種注射機注射時模腔壓力的變化。比較結(jié)果表明，即使全電動式注射機和液壓式注射機的設定值相同，但從模腔壓力的建立來看，全電動式注射機的壓力響應要

29、快。圖9電動式注射機與液壓式注射機壓力傳遞特性的對比但是響應特性高未必能得到好的效果，因為響應特性過于敏感，對外界阻抗響應過快，會使模具過早承受高壓而損壞，所以工藝條件設定時需要對此充分注意。有關(guān)電動式注射機注射壓力響應特性的討論，一般集中在注射壓力的緩沖效果方面。用料是典型的粘彈性物質(zhì)，而采用施加注射成形壓力的液壓裝置的傳動中的液壓油也是粘彈性物質(zhì)。因此可以認為，在保壓階段即使設定同樣的保壓條件（壓力大小和保壓時間），電動式與液壓式兩種注射裝置施加在加熱螺桿簡內(nèi)的物料的實際壓力也是不同的。亦即，電動式的注射壓力迅速增加，可以說是硬態(tài)加壓。與此不同的是，液壓式注射裝置由于成形物料和液壓油在加壓

30、的同時都稍有壓縮，所以成形物料緩慢地受壓成形，與電動式相比，其施加的壓力容易均勻一致。由此可知，液壓式注射裝置所具布的壓力“不清晰現(xiàn)象”對制品的質(zhì)量會帶來良好的影響。鎖模壓力控制方法合模裝置又稱為鎖模裝置。它是保證成形模具可靠的閉合和實現(xiàn)模具啟閉動作，即成形制件的工作部件。合模裝置的結(jié)構(gòu)一般由以下部分組成：模具、前模板、動模板、后模板、拉桿、傳動機構(gòu)等組成。傳統(tǒng)的合模裝置按工作原理可分為兩類：直壓式和肘桿式。它們的主要區(qū)別在于移模油缸與動模板的連接上，直壓式為油缸與動模板直接連接，肘桿式為油缸經(jīng)過肘桿機構(gòu)與模板連接。在電動注射機中，因為電動機取代了原有的液壓油缸，為了達到將電動機輸出的轉(zhuǎn)動作用

31、轉(zhuǎn)換為動模板的直線運動，在結(jié)構(gòu)設計中用移模絲杠替代了原有的移模油缸。它是利用螺紋具有行程升角，能將轉(zhuǎn)動變換為直線運動的原理來實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換。由于合模機構(gòu)在原理上并沒有本質(zhì)的改變，因此，電動注射機也可以類似劃分為直壓式和肘桿式兩大類。肘桿式具有增力（力矩放大）的作用。肘桿式合模機構(gòu)又可以分為單曲肘式和雙曲肘式。前者主要用于合模力在1000kN以下的小型機器上，后者則用于較大型的機器。其工作原理如下：當電動機正向轉(zhuǎn)功時，移模絲杠帶動肘桿機構(gòu)推動模板向前運動。當模具的分型面接觸時，肘桿機構(gòu)尚未形成一線排列，動模板受到變形阻力的作用。此時電動機的轉(zhuǎn)速降低，扭矩增大，使作用在移模絲杠上的作用力不斷增

32、加，直至足以克服變形阻力，使肘桿成為一線排列。合模機構(gòu)發(fā)生的彈性變形對模具實現(xiàn)了預緊，該預緊力即為合模力。在開模時，電動機反轉(zhuǎn)，在移模絲杠力的作用下，肘桿的一線排列被破壞，動模板被迫與定模板分離并退回合模前的初始位置，從而實現(xiàn)開模。電動注射機對模具保護性能的改善，在注射成形獲得制品的過程中，離不開模具的使用。通常注射用的模具都比較精密，結(jié)構(gòu)較復雜，價格也相當高。更主要的是模具的好壞直接影響到制品的質(zhì)量。因此，在成形過程中對模具的保護是一個非常重要的問題。通常情況下，當模具內(nèi)留有制品或殘余物，或者在使用嵌件時嵌件的位置未能正確放置時，模具按設定的要求進行合模過程，會使模具受到損傷。目前應用于模具

33、保護的主要是采用低壓試合模的方法。低壓試合模是在液壓型注射機中常用的模具保護方法。它將合模過程分為三級：慢（低壓）、快（低壓），在移模將要閉合前確認動模與定模無障礙物時，再增大液壓壓力達到所需的鎖模力，此時為第三級即慢（高壓）。直流電動機中的限流保護通常電動注射機的鎖模絲杠被頻繁地鎖模和開模，絲桿在鎖模受力情況下出現(xiàn)絲桿摩擦燒壞。在電動注射機中，采用一種叫“直流電動機中的限流保護（電流截止負反饋）”控制方法，該方法有效地減輕注射機絲桿燒壞現(xiàn)象。下面用直流電動機負載特性曲線，如何根據(jù)上面提到的結(jié)論通過電動機電流的檢測控制實現(xiàn)對頂出機構(gòu)的控制進行分析。在此之前，需要先了解一下在直流電動機中是如何實

34、現(xiàn)在運行過程中當負載突然發(fā)生過載時對電動機進行保護的。在常見直流調(diào)速系統(tǒng)中，為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，通常采用限流保護的方法。根據(jù)反饋原理，要維持哪一個物理量基本不變，就應該引入該物理量的負反饋。因此，引人電流負反饋能夠維持電流基本不變，使它不超過某一允許的范圍，但是，這一作用只應在啟動和堵轉(zhuǎn)時存在，在正常運行時又得以取消，使靜特性保持較好的硬度，這樣，當電動機在運轉(zhuǎn)時，一旦電流超過某一規(guī)定值時，電流負反饋即投入運行，使靜特性急劇地“軟化”。即隨著電流的增加，電動機的轉(zhuǎn)速不斷下降，當電流增加到某一數(shù)值（堵轉(zhuǎn)電流）時，電動機停止轉(zhuǎn)動。這種當電流增加到一定程度時出現(xiàn)的電流負反饋稱為電流截止負反饋。這種采用電流負反饋的方法可以在超載的情況下對電動機起到保護作用，同樣，在電動注射機的新型頂出控制或前面提到的智能模具保護中也可采用類似的原理來對電動機、執(zhí)行機構(gòu)和制品起到保護作用。當