CN102837405A - 注塑机的喷嘴接触控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的注塑机的喷嘴接触控制装置，具有：伺服马达，该伺服马达用于使喷嘴前进，该喷嘴用于对模具进行喷嘴接触；传动机构，该传动机构将该伺服马达的旋转运动转换为直线运动；以及弹性部件，该弹性部件与该传动机构连接且用于产生喷嘴接触力。对伺服马达进行如下的转矩限制：在弹性部件与设定的喷嘴接触力对应地被压缩了的位置上对伺服马达进行定位期间，以比该设定喷嘴接触力大且比与弹性部件的最大压缩量对应的喷嘴接触力小的转矩限制值进行伺服马达的转矩限制。这样，在伺服马达上产生了过大的负荷时，由于伺服马达低于负荷地进行旋转，所以不会对注射单元的机构部施加过大的负荷。

Description

注塑机的喷嘴接触控制装置
技术领域
本发明涉及在注塑机中，利用伺服马达使安装在注射圆筒前端的喷嘴向模具接触（喷嘴接触），进而产生预定的喷嘴接触力的控制装置。
背景技术
安装在注塑机的注射单元的注射圆筒前端上的喷嘴是通过将固定在注塑机主体的基座上的喷嘴前进后退用的伺服马达的旋转运动由滚珠螺杆等的传动机构转换为直线运动，从而进行前进后退动作。在喷嘴前进动作中，由喷嘴前进后退用的伺服马达使喷嘴前进，在进行喷嘴接触之后，还接着使喷嘴前进后退用马达动作，压缩上述传动机构和注射单元之间的弹性部件，产生预定的喷嘴接触力。并且，在产生预定的喷嘴接触力时，使注射单元内的螺杆前进，将熔融树脂注射到模具中。
在进行连续成形运转期间，期望将喷嘴接触力维持为定值，以免熔融树脂从模具和喷嘴部漏出。但是，在基于模具的结构进行合模动作时，存在喷嘴向后退方向推回，弹性部件被压缩，喷嘴接触力上升的情况。此时，只要压缩量在弹性部件的最大压缩量以下就没有问题，但在喷嘴超过最大压缩量而向后退方向推回时，担心对上述注射单元的传动机构、喷嘴前进后退用伺服马达的固定部施加过大的负荷而破损。由此，为了不产生过大的负荷，需要控制喷嘴前进后退用的伺服马达。
日本特开2003-351133号公报公开了通过控制弹性部件的变形量来产生预定的喷嘴接触力的技术。
日本特开平5-200784号公报公开了在与喷嘴接触力对应的位置上定位伺服马达的技术。
日本特开昭63-154320号公报公开了按照设定好的喷嘴接触力来控制马达的转矩的技术。
日本特开2006-27248号公报公开了在由检测弹性部件的压缩量的编码器检测弹性部件的压缩量超过了预定量时，使马达向喷嘴离开模具的方向旋转，或者解除保持马达位置的制动器的技术。
上述日本特开2003-351133号公报、日本特开平5-200784号公报公开的技术是通过检测压缩部件的位移量从而产生预定的喷嘴接触力，或者在产生预定的喷嘴接触力的位置进行伺服马达的定位的技术。利用弹性部件的变形量来控制喷嘴接触力的方法如日本特开昭63-154320号公报那样，与用马达的转矩进行控制的场合相比不受传动机构的摩擦等的影响，所以具有能够准确产生预定的喷嘴接触力的优点。但是，在这些现有技术中，对于设想因合模动作而将过大的负荷施加在注射单元上的用于机构部的保护的对策，没有任何公开。
另一方面，在日本特开2006-27248号公报中，公开了检测弹性部件的变形量，使马达旋转或者解除制动器的技术，但在为了检测负荷进行旋转动作、进行解除制动器等的过负荷回避动作，而像合模动作那样负荷瞬间地急速增大的情况下，存在回避动作来不及的问题。
发明内容
于是，本发明鉴于上述现有技术的问题，目的是提供在喷嘴前进后退用马达产生了超过转矩限制值的过大的负荷的情况下，由于马达低于负荷地进行旋转因而不会对注射单元的机构部施加过大的负荷的注塑机的喷嘴接触控制装置。
为了实现上述目的，根据本发明的注塑机的喷嘴接触控制装置，具有：伺服马达，该伺服马达用于使喷嘴前进，该喷嘴用于对模具进行喷嘴接触；传动机构，该传动机构将上述伺服马达的旋转运动转换为直线运动；弹性部件，该弹性部件与上述传动机构连接且用于产生喷嘴接触力；定位控制部，该定位控制部将上述伺服马达定位在上述弹性部件与预先设定的喷嘴接触力对应地被压缩了的位置；以及转矩限制部，在对上述伺服马达进行定位期间，该转矩限制部以比上述设定的喷嘴接触力大且比与上述弹性部件的最大压缩量对应的喷嘴接触力小的转矩限制值进行上述伺服马达的转矩限制。
根据本发明，在产生了超过转矩限制值的过大负荷的场合，由于马达低于负荷地进行旋转，所以不会对注射单元的机构部施加过大的负荷。另外，转矩限制单元由于在位置/速度、电流等的马达控制环路（ル一プ）中直接作用于内侧的电流环路中，因此即使是瞬间施加了过大的负荷的场合，也由于使得应答的滞后最小，所以能够可靠地保护机构部。
附图说明
图1是用于说明根据本发明的注塑机的喷嘴接触控制装置的一个实施方式的框图。
图2是说明在产生喷嘴接触力的状态下的、图1的喷嘴接触控制装置中的喷嘴前进后退用伺服马达的位置/转矩控制的图。
具体实施方式
首先，使用图1的框图说明本发明的注塑机的喷嘴接触控制装置的一个实施方式。
注塑机M由底盘Mb、放置在该底盘Mb上的合模部Mc以及注射部Mi构成。注射部Mi将树脂材料（粉末）加热熔融，将该熔融树脂向模具31的内腔内注射。合模部Mc主要进行模具31（可动侧模具31a、固定侧模具31b）的开闭。
注射部Mi由注射圆筒1、安装在该注射圆筒1的前端上的喷嘴2、以及插通在该注射圆筒1内的螺杆3构成。在螺杆3上设有通过在该螺杆3上施加的压力来检测树脂压力的使用了测力传感器的树脂压力传感器5。来自该树脂压力传感器5的输出信号（树脂压力传感器输出信号）由A/D转换器转换为数字信号，输入到伺服CPU15。
螺杆3利用螺杆旋转用伺服马达M2并借助于由带轮、带等构成的传动机构6可进行旋转。另外，该螺杆3利用螺杆前进后退用伺服马达M1并借助于包含带轮、带、滚珠螺杆/螺母机构等的将旋转运动转换为直线运动的机构的传动机构7而被驱动，并可在螺杆3的轴向移动。再有，符号P1表示通过检测螺杆前进后退用马达M1的位置/速度来检测螺杆3的轴向的位置/速度的位置/速度检测器，符号P2表示通过检测伺服马达M2的位置/速度来检测螺杆3的绕轴的旋转位置/速度的位置/速度检测器。符号4表示向注射圆筒1内供给树脂的料斗。
注塑机M具备为了将喷嘴2压接（喷嘴接触）在安装了固定侧模具31b的固定台板32上而用于使注射部Mi向合模部Mc侧前进的喷嘴接触驱动装置。
该喷嘴接触控制装置包含：安装在底盘Mb上的喷嘴前进后退用伺服马达M3；一端连接在该喷嘴前进后退用伺服马达M3的负荷轴上、另一端以转动自如的方式支撑在固定台板32上的滚珠螺杆34；与该滚珠螺杆34螺纹结合的螺母33；固定在注射部Mi的注射单元39上的第一受压板36；安装在该螺母33上的第二受压板37；***第一受压板36和第二受压板37之间的弹簧35；以及测定第一受压板36和第二受压板37的间隔并检测弹簧长度的传感器38。
在喷嘴前进后退用伺服马达M3上安装有位置/速度检测器P3。该位置/速度检测器P3的输出信号由伺服CPU15反馈，用于喷嘴前进后退用伺服马达M3的控制。
通过使喷嘴前进后退用伺服马达M3旋转而使滚珠螺杆34旋转，从而喷嘴接触驱动装置使螺母33相对于固定台板32前进、后退。利用该螺母33的前进、后退来调整第一受压板36和第二受压板37之间的间隔，进而调整弹簧35的弹力。
在使图1所示的弹簧35那样的弹性体收缩，从而产生喷嘴推压力的机构的情况下，通过测定该弹性体的长度从而能够检测喷嘴2的推压力。作为弹性体，除了弹簧之外还能够使用橡胶。由此，能够产生喷嘴2向固定侧模具31b的所期望的喷嘴推压力（喷嘴接触力）。
来自检测到弹簧35的长度的传感器38的输出信号借助于接口27而作为喷嘴2的喷嘴推压力存储在RAM22中。由传感器38进行的喷嘴2的喷嘴推压力的检测每隔时间间隔（每隔取样间隔）进行。
在合模部Mc中，可动台板30利用可动台板前进后退马达（未图示）向朝向固定台板32的方向移动（前进）进行闭模，在可动侧模具31a和固定侧模具31b接触之后，可动台板30进一步向朝向固定台板32的方向移动，从而产生预定的合模力。并且，通过可动台板30向远离固定台板32的方向移动（后退），从而进行开模。再有，在图1中，作为构成合模部Mc的要素，仅图示可动台板30、模具31a、31b、固定台板32。
注塑机M的控制装置构成为，具有：作为数值控制用的微处理器的CNC-CPU20；作为可编程机器控制（Programmable Machine Controller）用的微处理器的PMC-CPU17；以及作为伺服控制用的伺服CPU15，并且借助于母线26选择相互的输入输出，从而可在各微处理器之间进行信息传递。
伺服CPU15连接有：存储了进行位置环路、速度环路、电流环路的处理的伺服控制专用的控制程序的ROM13；和用于数据的暂时存储的RAM14。此外，伺服CPU15以如下方式连接：借助于A/D（模拟/数字）转换器16能够检测从设于注塑机M的树脂压力传感器5输出的压力信号。
伺服CPU15连接有伺服放大器11、12、10。这些放大器11、12、10基于来自伺服CPU15的指令，驱动与注射轴连接的螺杆前进后退用伺服马达M1、与螺杆旋转轴连接的螺杆旋转用伺服马达M2、喷嘴前进后退用伺服马达M3。再有，该伺服CPU15将来自安装在各伺服马达M1、M2、M3上的位置/速度检测器P1、P2、P3的输出信号进行反馈。并且，各伺服马达M1、M2、M3的旋转位置基于来自所对应的位置/速度检测器P1、P2、P3的位置的反馈信号由伺服CPU15算出，更新存储在各当前位置寄存器中。
PMC-CPU17连接有存储控制注塑机的顺序动作的顺序程序等的ROM18、以及用于运算数据的暂时存储等的RAM19。CNC-CPU20连接有存储整体控制注塑机的自动运转程序等的各种程序的ROM21、以及用于运算数据的暂时存储的RAM22。
成形数据保存用RAM23是非易失性存储器，是存储与注射模塑作业有关的成形条件和各种设定值、参数、宏观变数等的成形数据保存用的存储器。显示装置/MDI（手动数据输入装置）25借助于接口（I/F）24与母线26连接，可进行功能菜单的选择以及各种数据的输入操作等。在该显示装置/MDI25上设有数值数据输入用的数字键以及各种的功能键等。喷嘴接触力能够使用该显示装置/MDI25预先设定，输入到注塑机M。
根据以上的注塑机M的结构，PMC-CPU17控制注塑机整体的顺序，CNC-CPU20基于ROM21的运转程序和/或存储在成形数据保存用RAM23中的成形条件等对各轴的伺服马达进行移动指令的分配，伺服CPU15基于对各轴分配的移动指令和用位置/速度检测器P1、P2、P3检测到的位置以及速度的反馈信号等执行数字伺服处理，驱动控制伺服马达M1、M2、M3。
以下，说明使用上述结构的注塑机M的成形动作。
如上所述，在进行连续成形运转期间，期望喷嘴接触力（喷嘴推压力）维持定值，以免熔融树脂从模具和喷嘴部漏出。但是，根据模具的结构，在进行合模动作时，喷嘴向后退方向被推回，与将伺服马达的旋转运动转换为直线运动的传动机构连接的用于产生喷嘴接触力的弹性部件被压缩，导致喷嘴接触力上升。这种情况下，只要上述弹性部件的压缩量在该弹性部件的最大压缩量以下就没有问题，但在喷嘴超过最大压缩量向后退方向推回时，担心对注射单元的传动机构、喷嘴前进后退用伺服马达的固定部施加过大的负荷而使其破损。于是，在本发明中，对喷嘴前进后退用伺服马达进行控制，以免在将伺服马达的旋转运动转换为直线运动的传动机构和/或喷嘴前进后退用伺服马达上产生过大的负荷。
在喷嘴前进动作中，为了以所设定的喷嘴接触力将喷嘴2推抵到固定侧模具31b上，伺服CPU15以借助于接口27取得的传感器38的检测信号为基础测量弹簧35（弹性部件）的长度，求出喷嘴2的检测喷嘴接触力，并以检测喷嘴接触力成为所设定的喷嘴接触力的方式借助于伺服放大器10，对喷嘴前进后退用伺服马达M3进行驱动控制。
如果进行详细说明，为了使注射单元39前进来得到所设定的喷嘴接触力，由CNC-CPU20向伺服CPU15按预定周期输出用于将喷嘴前进后退用伺服马达M3移动到预定位置的移动指令。伺服CPU15将从CNC-CPU20输入的移动指令进一步分割为取样周期（位置/速度、电流环路处理周期）的位置指令PCMD，进行图2所示的位置/转矩控制。并且，在连续成形运转中，为了将检测喷嘴接触力维持为所设定的喷嘴接触力，按取样周期向伺服CPU15输出位置指令PCMD（参照图2）。在将注射单元39定位在可得到预先所设定的喷嘴接触力的位置上时，位置指令PCMD成为0的指令。关于在伺服CPU15进行的位置/转矩控制，使用图1在后面叙述。
接着，说明闭模、合模、开模。
在合模部Mc的可动台板前进后退马达（未图示）向正方向旋转时，滚珠螺杆轴（未图示）向正方向旋转，并在与该滚珠螺杆轴螺纹结合的十字头（未图示）前进进而肘式机构（未图示）动作时，可动台板30朝向固定台板32前进。并且，在安装在可动台板30上的可动侧模具31a与安装在固定台板32上的固定侧模具31b接触时，开始（闭模状态）合模工序。在合模工序中，通过将可动台板前进后退马达进一步向正方向驱动，从而肘式机构伸长而在模具31上产生合模力。
并且，驱动设于注射部Mi的螺杆前进后退用伺服马达M1，使螺杆3沿其轴向前进，从而熔融树脂被填充到形成于模具31内的内腔空间中。
计量工序后，在进行开模的情况下，在向反方向驱动可动台板前进后退马达时，滚珠螺杆轴向反方向旋转。与此相伴，十字头后退，肘式机构向弯曲方向动作，可动台板30向后台板（未图示）方向（即、远离固定台板32的方向）后退。
图2是说明在产生喷嘴接触力的状态下的喷嘴前进后退用伺服马达M3的位置/转矩控制的图。再有，该图的伺服马达116、位置/速度检测器118分别对应图1的喷嘴前进后退用伺服马达M3、位置/速度检测器P3。
喷嘴前进后退用伺服马达M3定位在产生了喷嘴接触力的位置上，位置指令PCMD输出0的指令。转矩限制指令TlimCMD具有比设定的喷嘴接触力大且比与弹性部件的最大压缩量对应的喷嘴接触力小的值。
减法器100从所输入的位置指令PCMD中减去从位置/速度检测器118反馈的位置反馈Pf，求出位置偏差并输出到位置补偿器102中。位置补偿器102输入从减法器100输出的位置偏差，对该位置偏差乘以位置增益，求出速度指令，向减法器104输出（位置环路控制）。
减法器104从由位置补偿器102输出的速度指令减去从位置/速度检测器118反馈的速度反馈Vf，求出速度偏差，向速度补偿器106输出。速度补偿器106基于该速度偏差进行比例、积分等，求出转矩指令（电流指令），向转矩限制器108输出（速度环路控制）。
转矩限制器108由转矩限制指令TlimCMD限制从速度补偿器106输入的转矩指令，并作为转矩指令（电流指令）向减法器110输出。该减法器110从由转矩限制器108输出的转矩指令（电流指令）减去由检测伺服放大器114的驱动电流的电流检测器（未图示）反馈的电流反馈If，求出电流偏差，向电流补偿器112输出。在电流补偿器112中，以从减法器110输入的电流偏差为基础生成向伺服放大器114输出的PWM信号（电流环路控制）。伺服放大器114基于从电流补偿器112输入的PWM信号，对伺服马达116进行驱动控制。
向电流环路输出的转矩指令由转矩限制指令TlimCMD限制，所以在伺服马达116上产生了超过转矩限制指令TlimCMD的过大的负荷时，伺服马达116低于负荷地进行旋转。也就是，由于图1的喷嘴前进后退用伺服马达M3低于负荷地进行旋转，所以不会对注射部Mi的机构部施加过大的负荷。另外，转矩限制器108由于在位置环路、速度环路、电流环路等的马达控制环路中直接作用于内侧的电流环路中，所以即使是瞬间施加过大的负荷的情况下，由于能够使应答的滞后最小，因而能够可靠地进行保护。也就是，就喷嘴前进后退用伺服马达M3而言，即使是瞬间施加过大的负荷的情况下，由于能够使其应答的滞后最小，因而能够可靠保护注射部Mi的机构部。
再有，因施加负荷而在控制环路中存积位置偏差，成为下一次动作时的障碍，因此在存积的位置偏差量超过了预定值的情况下，向没有位置偏差的方向输出位置指令即可。

Claims (1)

1.一种注塑机的喷嘴接触控制装置，其特征在于，具有：
伺服马达，该伺服马达用于使喷嘴前进，该喷嘴用于对模具进行喷嘴接触；
传动机构，该传动机构将上述伺服马达的旋转运动转换为直线运动；
弹性部件，该弹性部件与上述传动机构连接且用于产生喷嘴接触力；
定位控制部，该定位控制部将上述伺服马达定位在上述弹性部件与预先设定的喷嘴接触力对应地被压缩了的位置；以及
转矩限制部，在对上述伺服马达进行定位期间，该转矩限制部以比上述设定的喷嘴接触力大且比与上述弹性部件的最大压缩量对应的喷嘴接触力小的转矩限制值进行上述伺服马达的转矩限制。
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