CN109996624B - 电动压铸机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能够有效地抑制增压压力的上升的偏差的电动压铸机及其控制方法。在电动压铸机1中，当在高速注射动作中注射柱塞20的前进位置到达增压切换位置L2时，执行增压准备动作，即，将第一电动马达11及第二电动马达12的转矩T限制在被设定为比这些电动马达的最大转矩值Tmax低的限制转矩值Tr以下，使注射柱塞20前进。然后，当在增压准备动作中满足转矩限制解除条件时，解除第一电动马达11及第二电动马达12的转矩的限制，执行将注射柱塞20向前方推压的增压动作。

Description

电动压铸机及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动压铸机及其控制方法。

背景技术

专利文献1中公开了一种以往的电动压铸机。该电动压铸机具有在低速注射工序以及增压工序中进行动作的第一注射用电动马达以及在高速注射工序中进行动作的第二注射用电动马达。第一注射用电动马达以及第二注射用电动马达使滚珠丝杠机构的螺纹轴旋转，驱动安装在与该螺纹轴螺合的螺母体上的注射柱塞前进。在该电动压铸机中，两个电动马达由不同的控制***控制。电动压铸机设置有离合器机构，用于将驱动力顺利地从一方的电动马达切换到另一方的电动马达。

可以考虑如下那样的另一结构的电动压铸机，其与上述的电动压铸机不同，用一个控制***控制一个或多个电动马达，在低速注射工序、高速注射工序以及增压工序等中，通过所有的电动马达驱动一个螺纹轴。在该另一结构的电动压铸机中，由于不存在电动马达之间的驱动力的切换，因此能够省略离合器机构从而简化装置结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-187609号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述的另一结构的电动压铸机中，若在高速注射工序中注射柱塞到达规定的增压切换位置，则切换为电动马达将注射柱塞进一步推入的增压工序。因此，如图4所示，由于电动马达的转子或螺纹轴的惯性力、余料饼(Biscuit)的厚度的偏差等，存在增压压力的上升变得陡峭从而超过了目标压力值或者上升迟缓从而需要时间才能到达目标压力值的情况。由此，存在增压压力的上升产生偏差的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种能够有效地抑制增压压力的上升的偏差的电动压铸机及其控制方法。

用于解决问题的手段

为了达成上述目的，本发明的一方式的电动压铸机，具有注射柱塞、使所述注射柱塞在前后方向上移动的驱动部以及控制所述驱动部的控制部，其特征在于，所述驱动部具有由所述控制部控制的一个电动马达或由所述控制部相同地控制的多个电动马达，所述控制部控制所述电动马达执行低速注射动作、高速注射动作以及增压动作，所述低速注射动作使所述注射柱塞以低速前进，所述高速注射动作使所述注射柱塞以高速前进，所述增压动作将所述注射柱塞向前方推压，另外，所述控制部控制所述电动马达，使得当在所述高速注射动作中所述注射柱塞的前进位置到达增压切换位置时，执行将所述电动马达的转矩限制在被设定为比该电动马达的上限转矩值低的限制转矩值以下的增压准备动作，当在所述增压准备动作中满足转矩限制解除条件时，解除所述电动马达的转矩的限制，执行所述增压动作。

在本发明中，优选地，在所述增压准备动作中包括：所述控制部控制所述电动马达，使得所述注射柱塞以所述高速注射动作中的目标速度以下的速度前进。

在本发明中，优选地，还具有压力检测部，该压力检测部检测施加到所述注射柱塞的压力，所述转矩限制解除条件是由所述压力检测部检测出的所述压力变为被设定为比增压目标压力值低的限制解除压力值以上。

在本发明中，优选地，还具有速度检测部，该速度检测部检测所述注射柱塞的前进速度，所述转矩限制解除条件是由所述速度检测部检测出的所述前进速度变为被设定为比高速注射目标速度低的限制解除速度值以下。

为了达成上述目的，本发明的另一方式的电动压铸机的控制方法，所述电动压铸机具有注射柱塞、使所述注射柱塞在前后方向上移动的驱动部以及控制所述驱动部的控制部，所述驱动部具有由所述控制部控制的一个电动马达或由所述控制部相同地控制的多个电动马达，所述电动压铸机还具有压力检测部，该压力检测部检测施加到所述注射柱塞的压力，所述电动压铸机的控制方法的特征在于，包括：低速注射工序，所述控制部控制所述电动马达执行低速注射动作，所述低速注射动作使所述注射柱塞以低速前进；高速注射工序，所述控制部控制所述电动马达执行高速注射动作，所述高速注射动作使所述注射柱塞以高速前进；增压准备工序，所述控制部控制所述电动马达，使得当在所述高速注射工序中所述注射柱塞的前进位置到达增压切换位置时，执行将所述电动马达的转矩限制在被设定为比该电动马达的上限转矩值低的限制转矩值以下的增压准备动作；以及增压工序，所述控制部控制所述电动马达，使得当在所述增压准备工序中满足转矩限制解除条件时，解除所述电动马达的转矩的限制，执行将所述注射柱塞向前方推压的增压动作，所述转矩限制解除条件是由所述压力检测部检测出的所述压力变为被设定为比增压目标压力值低的限制解除压力值以上。

发明的效果

根据本发明，当在高速注射工序中注射柱塞的前进位置到达增压切换位置时，执行增压准备动作，即，将驱动部的电动马达的转矩限制在被设定为比该电动马达的上限转矩值低的限制转矩值以下。然后，当在增压准备动作中满足转矩限制解除条件时，解除电动马达的转矩的限制，执行将注射柱塞向前方推压的增压动作。由于这样，通过用限制转矩值暂时阻止电动马达的转矩的上升，能够使电动马达始终维持恒定的转矩(限制转矩值)。然后，通过从该状态解除转矩的限制，能够在多次的增压动作中，从输出恒定的转矩的状态，每次进一步输出相同大小的转矩。因此，能够有效地抑制增压压力的上升的偏差。由此，能够抑制成型品的质量不稳定。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的电动压铸机的概略结构的图。

图2是说明图1的电动压铸机的动作的一个例子的坐标图(增压压力切换)。

图3是说明图1的电动压铸机的动作的另一个例子的坐标图(增压速度切换)。

图4是说明以往的电动压铸机的动作的坐标图。

具体实施方式

以下，参照图1～图3说明本发明的一实施方式的电动压铸机。

图1是示出本发明的一实施方式的电动压铸机的概略结构的图。如图1所示，本实施方式的电动压铸机1具有第一电动马达11、第二电动马达12、滚珠丝杠机构13、第一动力传递机构14、第二动力传递机构15、碰撞缓冲机构18、直动体19、注射柱塞20、负载传感器21、位置传感器22以及控制部30。

第一电动马达11及第二电动马达12例如由具有互相相同的结构的电动伺服马达构成，并由从后述的控制部30发送的控制信号控制。第一电动马达11及第二电动马达12中的一方为主马达，另一方为从马达。从马达跟随主马达，向彼此相同的方向以相同的速度旋转。即，第一电动马达11及第二电动马达12通过由一个控制***被相同地控制来进行彼此相同的动作。此外，在本实施方式中，为具有2个电动马达的结构，但是不限定于此。例如，也可以为具有1个电动马达的结构，或者为具有由1个控制***相同地控制的3个以上的电动马达的结构。

滚珠丝杠机构13具有螺纹轴13a以及螺母体13b，该螺母体13b经由未图示的滚珠与该螺纹轴13a螺合。在滚珠丝杠机构13中，通过螺纹轴13a绕轴旋转，使螺母体13b在螺纹轴13a的轴向上直线移动。

第一动力传递机构14具有：第一带轮14a，与螺纹轴13a同轴设置；无接头带状的同步带14b，架设于该第一带轮14a和第一电动马达11的输出带轮11a。第一动力传递机构14将第一电动马达11的旋转输出传递至螺纹轴13a，从而使螺纹轴13a绕轴旋转。

第二动力传递机构15也与第一动力传递机构同样地，具有：第二带轮15a，与螺纹轴13a同轴设置；无接头带状的同步带15b，架设于该第二带轮15a和第二电动马达12的输出带轮12a。第二动力传递机构15将第二电动马达12的旋转输出传递至螺纹轴13a，从而使螺纹轴13a绕轴旋转。

通过第一动力传递机构14及第二动力传递机构15，使第一电动马达11及第二电动马达12的旋转输出直接传递到螺纹轴13a。

第一电动马达11、第二电动马达12、滚珠丝杠机构13、第一动力传递机构14以及第二动力传递机构15构成使注射柱塞20在前进方向上移动的驱动部。

碰撞缓冲机构18具有第一构件18a、第二构件18b以及弹性构件18c。第一构件18a及第二构件18b形成为环状。第一构件18a以在内侧穿插有螺母体13b的状态，固定地安装于该螺母体13b。第二构件18b以在内侧穿插有螺母体13b且与第一构件18a之间夹着弹性构件18c的状态，通过未图示的螺栓等连结构件与第一构件18a连结。第二构件18b未固定于螺母体13b。

弹性构件18c以被施加了等于或略大于(例如，1.05倍～1.1倍)从高速注射工序切换为增压工序时的熔料压力的压缩力的状态，配置在第一构件18a与第二构件18b之间。由此，在高速注射工序中，能够在弹性构件18c不收缩的状态下，对金属熔料施加所需的注射压力。另外，当瞬间施加大的压力时，弹性构件18c收缩，从而能够抑制装置因大的压力而损坏等。

直动体19具有内侧穿插有螺纹轴13a的圆筒状的主体部19a、封闭主体部19a的前端侧端部的壁部19b以及设置于主体部19a的后端侧端部的凸缘部19c。凸缘部19c固定地安装于碰撞缓冲机构18的第二构件18b。

注射柱塞20形成为圆柱状，一端固定地安装于直动体19的前端。注射柱塞20经由直动体19及碰撞缓冲机构18安装于螺母体13b，伴随螺母体13b一起直线移动。

负载传感器21检测施加到螺纹轴13a的压力，并将表示该压力的信号发送到控制部30。

位置传感器22例如由线性编码器构成，检测直动体19在前后方向上的位置，并将表示该直动体19的位置的信号发送给控制部30。

控制部30具有嵌入式设备用的微型计算机，该嵌入式设备用的微型计算机例如具有CPU、ROM、RAM、EEPROM、各种I/O接口等。控制部30负责整个电动压铸机1的控制。控制部30在闭模工序、低速注射工序、高速注射工序、增压准备工序、增压工序、开模工序以及产品顶出工序等各工序中，控制上述第一电动马达11、第二电动马达12以及未图示的开模和闭模用制动器或产品顶出用制动器等各驱动装置的动作。

控制部30与第一电动马达11及第二电动马达12连接，并将与启动、停止以及旋转速度有关的控制信号发送给这些电动马达。

控制部30与负载传感器21连接，基于来自负载传感器21的信号检测施加到注射柱塞20的压力P(注射压力)。通过负载传感器21和控制部30构成压力检测部。控制部30与位置传感器22连接，基于来自位置传感器22的信号，检测注射柱塞20的前进后退位置L以及速度V。通过位置传感器22和控制部30构成位置检测部以及速度检测部。

控制部30利用检测到的注射柱塞20的压力P以及前进后退位置L及速度V对第一电动马达11及第二电动马达12进行反馈控制(PID控制)。另外，控制部30基于发送到第一电动马达11及第二电动马达12的控制信号检测第一电动马达11及第二电动马达12的转矩。

接着，参照图2、图3说明上述本实施方式的电动压铸机1的控制方法的一个例子。

电动压铸机1被控制为执行低速注射工序及高速注射工序和增压工序，其中，该低速注射工序及高速注射工序通过使注射柱塞20前进来将金属熔料注射填充到模具的型腔，该增压工序通过更高的推力推压注射柱塞20来提高金属熔料的填充压力。另外，电动压铸机1被控制为在高速注射工序和增压工序之间，执行限制第一电动马达11及第二电动马达12的转矩的增压准备工序。

电动压铸机1在低速注射工序、高速注射工序以及增压工序中，设定第一电动马达11及第二电动马达12中允许的最大转矩值Tmax(即上限转矩值)为转矩上限值Ts。在增压准备工序中，设定最大转矩值Tmax乘以系数α(0≤α＜1、例如α＝0.5)而得的限制转矩值Tr为转矩上限值Ts。在本实施方式中，使用各电动马达所允许的最大转矩值Tmax作为上限转矩值，但是除此之外，也可以使用最大转矩值Tmax乘以规定的系数β(0≤β＜1、例如β＝0.9)而得的值作为上限转矩值。

(增压压力切换)

图2是对在增压准备工序中，基于施加到注射柱塞20的压力P(注射压力)解除第一电动马达11及第二电动马达12的转矩限制的结构进行说明的图。

如图2所示，在低速注射工序中，作为低速注射动作，控制部30开始第一电动马达11及第二电动马达12的旋转动作。控制部30使注射柱塞20的速度逐渐增加后以恒定的低速注射目标速度VL(例如0.1m/秒)使注射柱塞20前进移动。然后，当注射柱塞20的前进位置到达规定的高速切换位置L1时，转为高速注射工序。

在高速注射工序中，作为高速注射动作，控制部30增加第一电动马达11及第二电动马达12的旋转速度从而使注射柱塞20的速度快速上升后以恒定的高速注射目标速度VH(例如2m/秒)使注射柱塞20前进移动。然后，当注射柱塞20的前进位置到达规定的增压切换位置L2时，转为增压准备工序。

在增压准备工序中，作为增压准备动作，控制部30控制第一电动马达11及第二电动马达12使注射柱塞20以规定的设定速度(高速注射目标速度VH或低于该高速注射目标速度VH的速度，速度也可以为0(即以惯性力前进))前进移动。并且，控制部30将第一电动马达11及第二电动马达12的转矩上限值Ts从各电动马达的最大转矩值Tmax变更为比该最大转矩值Tmax低的限制转矩值Tr(Tr＝Tmax×α)，从而限制第一电动马达11及第二电动马达12的转矩上升。系数α的范围优选为0.3≤α≤0.7，在本实施方式中，系数α设定为0.5。

在增压准备工序中，金属熔料向模具型腔的填充大致完成，因而注射柱塞20的速度V急剧下降，但是控制部30为了维持设定速度而使第一电动马达11及第二电动马达12动作。因此，第一电动马达11及第二电动马达12的转矩上升，施加到注射柱塞20的压力P随着转矩的上升而上升。此时，第一电动马达11及第二电动马达12的转矩T限制在作为转矩上限值Ts而设定的限制转矩值Tr以下。

然后，当增压准备工序中施加到注射柱塞20的压力P上升并到达被设定为比增压目标压力值Pm(例如50MPa)小的值的限制解除压力值Pk(例如25MPa)(即满足转矩限制解除条件)时，控制部30将转矩上限值Ts从限制转矩值Tr变回最大转矩值Tmax。由此，解除第一电动马达11及第二电动马达12的转矩的限制，转到增压工序。

在增压工序中，控制部30控制第一电动马达11及第二电动马达12使施加到注射柱塞的压力P变为增压目标压力值Pm。由此，控制部30使第一电动马达11及第二电动马达12的转矩T从转矩上限值Ts进一步上升。施加到注射柱塞20的压力P随之上升到增压目标压力值Pm，并将增压目标压力值Pm保持规定时间。然后，控制部30解除注射柱塞20的推入，打开模具并顶出成型品。

(增压速度切换)

图3是对在增压准备工序中，基于注射柱塞20的速度V解除第一电动马达11及第二电动马达12的转矩限制的结构进行说明的图。

由于低速注射工序、高速注射工序以及增压工序与上述的增压压力切换的结构相同，因此省略说明。

在增压准备工序中，作为增压准备动作，控制部30控制第一电动马达11及第二电动马达12使注射柱塞20以规定的设定速度(高速注射目标速度VH或者低于该高速注射目标速度VH的速度，速度也可以为0)前进移动。并且，控制部30将第一电动马达11及第二电动马达12的转矩上限值Ts从各电动马达的最大转矩值Tmax变更为低于该最大转矩值Tmax的限制转矩值Tr(Tr＝Tmax×α)，从而限制第一电动马达11及第二电动马达12的转矩上升。系数α的范围优选为0.3≤α≤0.7，在本实施方式中，系数α设定为0.5。

在增压准备工序中，金属熔料向模具型腔的填充大致完成，因而注射柱塞20的速度V急剧下降，但是控制部30为了维持设定速度而使第一电动马达11及第二电动马达12动作。因此，第一电动马达11及第二电动马达12的转矩上升，施加到注射柱塞20的压力P随着转矩的上升而上升。此时，第一电动马达11及第二电动马达12的转矩T限制在作为转矩上限值Ts而设定的限制转矩值Tr以下。

然后，当增压准备工序中注射柱塞20的速度V降低并达到被设定为比高速注射目标速度VH小的值的限制解除速度值Vk(例如0.5m/秒)(即满足转矩限制解除条件)时，控制部30将转矩上限值Ts从限制转矩值Tr变回最大转矩值Tmax。由此，解除第一电动马达11及第二电动马达12的转矩的限制，转到增压工序。

如以上所说明那样，根据本实施方式的电动压铸机1，当在高速注射动作中注射柱塞20的前进位置到达增压切换位置L2时，执行增压准备动作，即，将第一电动马达11及第二电动马达12的转矩T限制在被设定为比这些电动马达的最大转矩值Tmax低的限制转矩值Tr以下。然后，当在增压准备动作中满足转矩限制解除条件(施加到注射柱塞20的压力P变为限制解除压力值Pk，或者注射柱塞20的速度V变为限制解除速度值Vk)时，解除第一电动马达11及第二电动马达12的转矩的限制，执行将注射柱塞20向前方推压的增压动作。由于这样，通过用限制转矩值Tr暂时阻止第一电动马达11及第二电动马达12的转矩T的上升，能够使第一电动马达11及第二电动马达12始终维持恒定的转矩。并且，通过从该状态解除转矩T的限制，能够在多次的增压动作中，从输出恒定的转矩T的状态，每次进一步输出相同大小的转矩T。因此，能够有效地抑制增压压力的上升的偏差。由此，能够抑制成型品的质量不稳定。

在上述的实施方式中，转矩限制解除条件为施加到注射柱塞20的压力P变为限制解除压力值Pk(增压压力切换)或者注射柱塞20的速度V变为限制解除速度值Vk(增压速度切换)，但是不限定于此。除此之外，作为转矩限制解除条件，例如，也可是从注射柱塞20的前进位置到达增压切换位置L2时起的经过时间达到规定的转矩限制解除时间(例如，0.1秒)。通过这样，能够以更加简单的结构有效地抑制增压压力的上升的偏差。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明不限于这些示例。本领域的技术人员对上述的实施方式适当地追加、删除构成要素、进行设计变更所形成的实施方式，或对实施方式的技术特征进行适当组合而形成的实施方式，只要符合本发明的宗旨，则包括在本发明的范围内。

附图标记说明

1…电动压铸机、11…第一电动马达、11a…输出带轮、12…第二电动马达、12a…输出带轮、13…滚珠丝杠机构、13a…螺纹轴、13b…螺母体、14…第一动力传递机构、14a…第一带轮、14b…同步带、15…第二动力传递机构、15a…第二带轮、15b…同步带、18…碰撞缓冲机构、18a…第一构件、18b…第二构件、18c…弹性构件、19…直动体、19a…主体部、19b…壁部、19c…凸缘部、20…注射柱塞、21…负载传感器、22…位置传感器、30…控制部、L1…高速切换位置、L2…增压切换位置、P…压力、T…转矩、Ts…转矩上限值、Tmax…最大转矩值(上限转矩值)、Tr…限制转矩值、Pk…限制解除压力值、Pm…增压目标压力值、V…速度(前进速度)、VH…高速注射目标速度、VL…低速注射目标速度、Vk…限制解除速度值。

Claims (4)

1.一种电动压铸机，具有注射柱塞、使所述注射柱塞在前后方向上移动的驱动部以及控制所述驱动部的控制部，其特征在于，

所述驱动部具有由所述控制部控制的一个电动马达或由所述控制部相同地控制的多个电动马达，

所述控制部控制所述电动马达执行低速注射动作、高速注射动作以及增压动作，所述低速注射动作使所述注射柱塞以低速前进，所述高速注射动作使所述注射柱塞以高速前进，所述增压动作将所述注射柱塞向前方推压，

另外，所述控制部控制所述电动马达，使得当在所述高速注射动作中所述注射柱塞的前进位置到达增压切换位置时，执行将所述电动马达的转矩限制在被设定为比该电动马达的上限转矩值低的限制转矩值以下的增压准备动作，当在所述增压准备动作中满足转矩限制解除条件时，解除所述电动马达的转矩的限制，执行所述增压动作，

所述电动压铸机还具有压力检测部，该压力检测部检测施加到所述注射柱塞的压力，

所述转矩限制解除条件是由所述压力检测部检测出的所述压力变为被设定为比增压目标压力值低的限制解除压力值以上。

2.根据权利要求1所述的电动压铸机，其特征在于，

在所述增压准备动作中包括：所述控制部控制所述电动马达，使得所述注射柱塞以所述高速注射动作中的目标速度以下的速度前进。

3.根据权利要求1或2所述的电动压铸机，其特征在于，

还具有速度检测部，该速度检测部检测所述注射柱塞的前进速度，

所述转矩限制解除条件是由所述速度检测部检测出的所述前进速度变为被设定为比高速注射目标速度低的限制解除速度值以下。

4.一种电动压铸机的控制方法，所述电动压铸机具有注射柱塞、使所述注射柱塞在前后方向上移动的驱动部以及控制所述驱动部的控制部，所述驱动部具有由所述控制部控制的一个电动马达或由所述控制部相同地控制的多个电动马达，所述电动压铸机还具有压力检测部，该压力检测部检测施加到所述注射柱塞的压力，

所述电动压铸机的控制方法的特征在于，包括：

低速注射工序，所述控制部控制所述电动马达执行低速注射动作，所述低速注射动作使所述注射柱塞以低速前进；

高速注射工序，所述控制部控制所述电动马达执行高速注射动作，所述高速注射动作使所述注射柱塞以高速前进；

增压准备工序，所述控制部控制所述电动马达，使得当在所述高速注射工序中所述注射柱塞的前进位置到达增压切换位置时，执行将所述电动马达的转矩限制在被设定为比该电动马达的上限转矩值低的限制转矩值以下的增压准备动作；以及

增压工序，所述控制部控制所述电动马达，使得当在所述增压准备工序中满足转矩限制解除条件时，解除所述电动马达的转矩的限制，执行将所述注射柱塞向前方推压的增压动作，

所述转矩限制解除条件是由所述压力检测部检测出的所述压力变为被设定为比增压目标压力值低的限制解除压力值以上。

Images