JP4278396B2 - Mold opening / closing device of injection molding machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は射出成形機の金型開閉装置の改良に関し、金型の開閉を速やかに制御するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の射出成形機における金型の開閉装置(開閉方法)を特開平10−668号公報によって説明する。該公報に記載された開閉装置(開閉方法)によれば、型開閉駆動源による駆動力を、リンク機構を介して可動盤に伝達して、型開閉動作を行う成形機の型開き制御方法において、型開き行程の高速領域における設定速度の如何にかかわらず、減速開始から型開き完了位置までの時間を一定に制御するものである。
【0003】
上記のような金型の開閉装置(開閉方法)によれば、型開き終了時におけるショックの発生を可及的に抑止し得、型開き完了位置のバラツキの少ない型開き制御方法が実現できる。また、型開き行程の速度設定作業を容易なものとでき、使い勝手が向上するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リンク機構を介した可動盤の移動位置によって可動盤を駆動するモータに加わる慣性モーメントが変化する。このため、可動盤の前進、後退の移動、すなわち、金型の開閉によって可動盤を駆動するモータの速度制御系の応答性が異なっていた。したがって、速度指令信号に基いてモータを速度制御する速度制御器の速度ゲインの設定を、速度制御系の発振を抑制するために低く設定すると、応答性が低下するという問題点があった。
【0005】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、可動盤を駆動するモータの速度制御器の速度ゲインを、上記慣性モーメントの変化に対応した値に変化させることにより、モータの速度制御系の応答を安定に制御し得る射出成形機の金型開閉装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る射出成形機の金型開閉装置は、位置指令信号によりモータをサーボ制御して可動部を移動することにより金型を開閉する射出成形機の金型開閉装置において、前記モータの回転角度を検出して位置検出信号を発生する角度検出手段と、前記モータの回転速度を検出して速度検出信号を発生する速度検出手段と、前記位置指令信号に基いて速度指令信号を発生する位置制御手段と、前記速度指令信号と前記速度検出信号との差となる速度偏差信号に基くと共に、速度ゲインを用いて前記モータに電流を流す電流指令信号を発生する速度制御手段と、前記位置検出信号に基いて前記可動部の慣性モーメントを算出する慣性モーメント算出手段と、該慣性モーメント算出手段により算出された前記慣性モーメントの変化に基いて前記速度ゲインを変更するゲイン設定手段と、を備えたことを特徴とするものである。
かかる金型の開閉装置によれば、可動盤を駆動するモータの速度制御手段の速度ゲインを、可動部の慣性モーメントの変化に対応した値に設定できる。したがって、モータの速度制御系が安定になるので、金型を成す可動部の速度制御が円滑になるという効果がある。
【0007】
他の発明に係る射出成形機の金型開閉装置におけるゲイン設定手段は、モータの速度制御系における速度ループの閉ループ伝達関数がほぼ一定になるようにする、ことを特徴とするものである。
かかる金型の開閉装置によれば、金型の可動部をも含めたモータの速度制御系が極めて安定するという効果がある。
【0008】
他の発明に係る射出成形機の金型開閉装置は、モータと可動部とを連結すると共に、前記モータの回転に基いて前記可動部を直線動作させるリンク機構とを備えたことを特徴とするものである。
かかる金型の開閉装置によれば、モータの回転によりリンク機構を介して金型の可動部が直線動作するので、可動部を直線動作させる機構が簡易になると共に、可動部の慣性モーメントの算出が簡易になり、速度制御手段の速度ゲインの設定も簡易になるという効果がある。
【0009】
他の発明に係る射出成形機の金型開閉装置におけるゲイン設定手段は、可動部の質量、リンク機構の構成に基く定数を入力する入力手段と、入力された前記質量、定数を記憶する記憶手段とを備え、慣性モーメント算出手段は、該記憶手段に記憶された前記質量、定数を用いて前記慣性モーメントを算出する、ことを特徴とするものである。
かかる金型の開閉装置によれば、簡易に速度制御系の速度ゲインを設定できるという効果がある。
【0010】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
本発明の一実施の形態を図1乃至図3によって説明する。図1は電動射出成形機の全体構成図、図2は図1に示す金型の開閉機構を示す機械モデル図、図3は図1に示す電動射出成形機の速度制御系のブロック図である。
図1において、電動射出成形機1は、原料樹脂を加熱溶融して射出する射出部と、溶融された樹脂を金型内部に流し込んで成形品を生成する金型16と、金型16を開閉制御する開閉機構10と、該開閉機構10を制御する制御部と、制御部の速度制御器37の速度ゲインをモータ3の全慣性モーメントJに応じて設定するゲイン設定手段としてのゲイン設定部50とから成っている。
【0011】
射出部は、シリンダー20の内部に樹脂を送り込むスクリュー22から成っており、金型16は固定された固定盤17と、開閉機構10により矢印A,Bの水平方向に移動する可動部としての可動盤15とから成っている。
開閉機構10は、モータ3の軸3aに一端が連結固定された短辺アーム11と、一端が短辺アーム11の他端に固定されると共に、他端が可動盤15の中央部に固定された長片アーム13とから成っており、リンクが短辺アーム11と長辺アーム13とにより形成されことで、モータ5の回転により短辺アーム11が回転して長辺アーム13を介して可動盤15が矢印A,B方向に直動移動して金型16が開閉するように形成されている。
【0012】
制御手段としての制御部は、モータ3の回転角度としての位置検出信号θrmを検出する角度検出手段としてのエンコーダ31と、位置指令信号θ*rmと位置検出信号θrmとの差を求めて位置偏差信号を発生する減算器32と、位置偏差信号を入力して速度指令信号ω*rmを発生する位置制御手段としての位置制御器33と、位置検出信号θrmを微分して速度検出信号ωrmを発生する微分器35と、速度指令信号ω*rmと速度検出信号ωrmとの差となる速度偏差信号を発生する減算器34と、速度ゲインを有し、入力された速度偏差信号に速度ゲインを乗じて電流指令信号i*gaを発生する速度制御手段としての速度制御器37と、電流指令信号i*gaに基いて電流を流す電流制御器39とを備えている。
なお、エンコーダ31と微分器33とにより速度検出手段を成している。
【0013】
金型16の可動盤15の慣性力F(N)は、可動盤13の質量をm(kg)、加速度をα(m/sec2)とすると下式となる。
F=m・α=m・(d2x/dt2) ・・・・・(1)
一方、図2に示す金型16の開閉機構10を示すモデル図により長辺アーム11の長さをL(m)、短辺アーム13の長さをr(m)としてX軸成分の長さをx(m)とすると、下式を得る。
x=r・cosθ+L・cosφ ・・・・・ (2)
ここに、θ=ωt:モータ3の回転角度 (rad)
また、開閉機構10を成す短辺アーム11と長辺アーム13とのY軸成分の長さが等しいので、下式を得る。
r・sinθ=L・sinφ ・・・・・(3)
ここに、φ:長辺アーム13が可動盤15の直動方向と成す角度(rad)
上記(3)を上記(2)式に代入して開閉機構10のX成分を求めると下式となる。
x=r{1−(r/L)2sin2θ}1/2 ・・・・・(4)
一方、長辺アーム13の長さL≫短辺アーム11の長さをrであるから、r/L≪1となり、上式(4)式を整理して開閉機構10のX成分を求めると下式となる。
x=r[cosθ+L/r{1−1/2(r/L)2sin2θ}]・・・・(5)
ここで、sinθ=(1−cos2θ)/2の関係を用いて上記(5)式を整理すると下式を得る。
x=L−r{r/(4L)−cosωt−r/(4L)cos2ωt}・・・・(6)
上記(6)式を上記(1)式に代入して金型16の可動盤15の慣性力F(N)を求めると、下式となる。
F=m・(d2x/dt2)=−m・r・ω{cosωt+(r/L)cos2ωt}・・・(7)
上記(7)式が示すように可動盤15の慣性力Fは、モータ3の回転角度θ、すなわち、短辺アーム11の回転角度θによって変化する。
【0014】
モータ3から見た可動盤15の慣性モーメントJrは、下記となる。
Jr=Fr・r=F・r・cos(π/2−θ)
=−m・r2・ω・sinωt {cosωt+(r/L)cos2ωt} ・・・ (8)
すなわち、モータ3の回転角度ωt(θ)、モータ3の角速度ωを検出することにより可動盤15の慣性モーメントJrを求めることができる。
【0015】
一方、図3に示すように金型開閉装置の速度制御ループの閉ループ伝達関数Gcは、位置制御器33の位置ゲインをKsp、速度制御器37をPI制御として速度ゲインとしてそれぞれの比例ゲインをKsp、積分ゲインをKsi、電流制御器39の電流制御ゲインをKT、モータ3に加わる全慣性モーメントをJ、ラプラス演算子をsとすると、「ACサーボシステムの理論と設計の実際」、総合電子出版社、杉本英彦編著、第4版、第173頁より下式となる。
Gc=KT(Ksp・s+Ksi)/(J・s2+KT・Ksp・s+KT・Ksi)・・ (9)
ここで、閉ループ伝達関数Gcは、簡略化のために速度制御器37をP制御のみとすると下式となる。
Gc=KT・Ksp・s/(J・s2+KT・Ksp・s) ・・・(10)
ここに、J=Jm+Jr
Jm:モータ3の慣性モーメント、Jr:可動盤15の慣性モーメント
【0016】
ゲイン設定部50は、短辺アーム11の長さr(m)、長辺アーム13の長さL(m)、可動盤15の質量(kg)、モータ3の慣性モーメントJm(kg・m2)を入力するキーボードかな成る入力部51と、可動盤15の移動により変化する慣性モーメントJrに応じて速度制御系の閉ループ伝達関数が一定に成るように速度ゲインを設定するゲイン設定器50を備え、ゲイン設定器50は、入力された上記数値を、インターフェイス(図示せず)を介して記憶するRAM53aと、上記(8)式、(10)式の演算式を記憶したROM53rと、演算機能を有するCPU53cとを備えている。なお、ROM53rに記憶された上記(8)式を実行することが、慣性モーメント算出手段となる。
【0017】
上記のように構成された射出成形機の金型開閉装置を図1乃至図3によって説明する。まず、短辺アーム11の長さr(m)、長辺アーム13の長さL(m)、可動盤15の質量(kg)、モータ3の慣性モーメントJmを入力部51に入力してインターフェイス(図示せず)を介してゲイン設定器50のRAM53aに記憶する。
いま、金型16が開放状態で、モータ3の位置指令信号θ*rmに基づてモータ3を回転すると、エンコーダ31が位置検出信号θrmを発生して減算器32に入力する。減算器32は位置指令信号θ*rmと位置検出信号θrmとの差となる位置偏差信号を発生を減算器34に入力する。一方、微分器35は位置検出信号θrmを微分して速度検出信号ωrmを減算器34に入力する。減算器34は速度指令信号ω*rmと速度検出信号ωrmとの差となる速度偏差信号を発生して速度制御器37に入力する。
【0018】
ゲイン設定器53におけるCPU53cは、エンコーダ31により検出したモータ3の位置検出信号θrmと、該位置検出信号θrmからモータ3の角速度ωを求めて上記(8)式より可動盤15の慣性モーメントJrを求め、全慣性モーメントJを慣性モーメントJrと慣性モーメントJmとの和により求める。
さらに、CPU53cは、上記(10)式より速度制御ループの伝達関数が一定になるような速度ゲインを求め、該速度ゲインを速度制御器37に設定する。速度制御器37は、速度偏差信号を入力して、設定された速度ゲインにより電流指令信号i*gaを発生し、電流制御器39を介してモータ3を制御する。
【0019】
上記のような金型の開閉装置1によれば、可動盤15を駆動するモータ3の速度制御器37の速度ゲインを、可動盤15の移動に伴い変化する慣性モーメントJrの変化に対応した値、すなわち、モータの速度制御系の応答を一定に制御したので、可動盤15を円滑に速度制御しなから移動できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は電動射出成形機の全体構成図である。
【図2】 図1に示す金型の開閉機構を示すモデル図である。
【図3】 図1に示す速度制御系のブロック図である。
【符号の説明】
3 モータ、15 可動盤、16 金型、31 エンコーダ、33 位置制御器、37 速度制御器、53 ゲイン設定器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a mold opening / closing device of an injection molding machine, and promptly controls the opening / closing of a mold.
[0002]
[Prior art]
A mold opening / closing device (opening / closing method) in a conventional injection molding machine will be described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-668. According to the opening / closing device (opening / closing method) described in the publication, in a mold opening control method of a molding machine that transmits a driving force by a mold opening / closing drive source to a movable plate via a link mechanism to perform a mold opening / closing operation. Regardless of the set speed in the high speed region of the mold opening stroke, the time from the start of deceleration to the mold opening completion position is controlled to be constant.
[0003]
According to the mold opening / closing device (opening / closing method) as described above, it is possible to suppress the occurrence of shock at the end of mold opening as much as possible, and to realize a mold opening control method with less variation in the mold opening completion position. In addition, the speed setting operation for the mold opening process can be facilitated, and the usability is improved.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the moment of inertia applied to the motor that drives the movable plate changes depending on the moving position of the movable plate via the link mechanism. For this reason, the responsiveness of the speed control system of the motor that drives the movable plate by the forward and backward movement of the movable plate, that is, the opening and closing of the mold is different. Therefore, if the speed gain of the speed controller that controls the speed of the motor based on the speed command signal is set low in order to suppress the oscillation of the speed control system, there is a problem that the responsiveness decreases.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem. By changing the speed gain of the speed controller of the motor that drives the movable platen to a value corresponding to the change of the inertia moment, the speed control of the motor is performed. It is an object of the present invention to provide a mold opening / closing device for an injection molding machine capable of stably controlling the response of the system.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A mold opening / closing apparatus for an injection molding machine according to the present invention is a mold opening / closing apparatus for an injection molding machine that opens / closes a mold by servo-controlling a motor in accordance with a position command signal and moving a movable part. Angle detection means for detecting a position and generating a position detection signal, speed detection means for detecting a rotation speed of the motor and generating a speed detection signal, and a position for generating a speed command signal based on the position command signal A speed control means for generating a current command signal for passing a current to the motor using a speed gain, based on a speed deviation signal that is a difference between the speed command signal and the speed detection signal; and the position detection An inertia moment calculating means for calculating the moment of inertia of the movable part based on the signal, and the speed based on the change of the inertia moment calculated by the inertia moment calculating means. And gain setting means for changing the gain, it is characterized in that it comprises a.
According to such a mold opening and closing device, the speed gain of the speed control means of the motor that drives the movable platen can be set to a value corresponding to the change in the moment of inertia of the movable part. Therefore, since the speed control system of the motor becomes stable, there is an effect that the speed control of the movable part forming the mold becomes smooth.
[0007]
The gain setting means in the mold opening / closing device of the injection molding machine according to another invention is characterized in that the closed loop transfer function of the speed loop in the motor speed control system is substantially constant.
According to such a mold opening and closing device, there is an effect that the speed control system of the motor including the movable part of the mold is extremely stabilized.
[0008]
According to another aspect of the present invention, there is provided a mold opening / closing device for an injection molding machine comprising: a link mechanism that connects a motor and a movable part and linearly moves the movable part based on rotation of the motor. Is.
According to such a mold opening and closing device, since the movable part of the mold moves linearly via the link mechanism by the rotation of the motor, the mechanism for linearly moving the movable part is simplified and the inertia moment of the movable part is calculated. Thus, the speed gain of the speed control means can be easily set.
[0009]
The gain setting means in the mold opening / closing device of the injection molding machine according to another invention includes an input means for inputting a constant based on the mass of the movable part and the structure of the link mechanism, and a storage means for storing the input mass and constant. And the moment of inertia calculating means calculates the moment of inertia using the mass and constant stored in the storage means.
According to such a mold opening and closing device, there is an effect that the speed gain of the speed control system can be easily set.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric injection molding machine, FIG. 2 is a mechanical model diagram showing a mold opening / closing mechanism shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a block diagram of a speed control system of the electric injection molding machine shown in FIG. .
In FIG. 1, an electric
[0011]
The injection part is composed of a
The opening /
[0012]
The control unit as the control means obtains a difference between the
The
[0013]
The inertial force F (N) of the
F = m · α = m · (d 2 x / dt 2 ) (1)
On the other hand, in the model diagram showing the opening /
x = r · cosθ + L · cosφ (2)
Where θ = ωt: rotation angle of motor 3 (rad)
Moreover, since the length of the Y-axis component of the
r · sinθ = L · sinφ (3)
Where φ: angle formed by the long-
Substituting the above (3) into the above equation (2) to obtain the X component of the opening /
x = r {1- (r / L) 2 sin 2 θ} 1/2 (4)
On the other hand, since the length L of the long-
x = r [cos θ + L / r {1−1 / 2 (r / L) 2 sin 2 θ}] (5)
Here, when the above equation (5) is arranged using the relationship of sin θ = (1−cos 2θ) / 2, the following equation is obtained.
x = L−r {r / (4L) −cosωt−r / (4L) cos2ωt} (6)
When the above equation (6) is substituted into the above equation (1) and the inertial force F (N) of the
F = m · (d 2 x / dt 2 ) = − m · r · ω {cosωt + (r / L) cos2ωt} (7)
As indicated by the above equation (7), the inertial force F of the
[0014]
The moment of inertia Jr of the
Jr = Fr · r = F · r · cos (π / 2−θ)
= −m ・ r 2・ ω ・ sinωt {cosωt + (r / L) cos2ωt} (8)
That is, the moment of inertia Jr of the
[0015]
On the other hand, as shown in FIG. 3, the closed loop transfer function Gc of the speed control loop of the mold opening / closing device has the position gain of the
Gc = KT (Ksp · s + Ksi) / (J · s 2 + KT · Ksp · s + KT · Ksi) ··· (9)
Here, the closed loop transfer function Gc is expressed by the following equation when the
Gc = KT · Ksp · s / (J · s 2 + KT · Ksp · s) (10)
Where J = Jm + Jr
Jm: moment of inertia of motor 3, Jr: moment of inertia of
The
[0017]
The mold opening / closing device of the injection molding machine configured as described above will be described with reference to FIGS. First, the length r (m) of the
Now, when the
[0018]
The
Further, the
[0019]
According to the mold opening and
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric injection molding machine.
FIG. 2 is a model diagram showing an opening / closing mechanism of the mold shown in FIG.
FIG. 3 is a block diagram of the speed control system shown in FIG.
[Explanation of symbols]
3 Motor, 15 Movable platen, 16 Mold, 31 Encoder, 33 Position controller, 37 Speed controller, 53 Gain setting device.
Claims (4)
前記モータの回転角度を検出して位置検出信号を発生する角度検出手段と、
前記モータの回転速度を検出して速度検出信号を発生する速度検出手段と、
前記位置指令信号に基いて速度指令信号を発生する位置制御手段と、
前記速度指令信号と前記速度検出信号との差となる速度偏差信号に基くと共に、速度ゲインを用いて前記モータに電流を流す電流指令信号を発生する速度制御手段と、
前記位置検出信号に基いて前記可動部の慣性モーメントを算出する慣性モーメント算出手段と、
該慣性モーメント算出手段により算出された前記慣性モーメントの変化に基いて前記速度ゲインを変更するゲイン設定手段と、
を備えたことを特徴とする射出成形機の金型開閉装置。In the mold opening and closing device of the injection molding machine that opens and closes the mold by moving the movable part by servo-controlling the motor by the position command signal,
Angle detection means for detecting a rotation angle of the motor and generating a position detection signal;
Speed detecting means for detecting a rotation speed of the motor and generating a speed detection signal;
Position control means for generating a speed command signal based on the position command signal;
Speed control means for generating a current command signal for passing a current to the motor using a speed gain, based on a speed deviation signal that is a difference between the speed command signal and the speed detection signal;
A moment of inertia calculating means for calculating a moment of inertia of the movable part based on the position detection signal;
Gain setting means for changing the speed gain based on a change in the inertia moment calculated by the inertia moment calculation means;
A mold opening and closing device for an injection molding machine.
ことを特徴とする請求項1に記載の射出成形機の金型開閉装置。The value of the velocity gain, closed-loop transfer function of the velocity loop in the speed control system of the motor is a constant,
The mold opening / closing apparatus for an injection molding machine according to claim 1.
を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の射出成形機の金型開閉装置。A link mechanism for connecting the motor and the movable part, and for linearly moving the movable part based on rotation of the motor;
The mold opening / closing device for an injection molding machine according to claim 1, wherein the mold opening / closing device is provided.
慣性モーメント算出手段は、該記憶手段に記憶された前記質量、定数を用いて前記慣性モーメントを算出する、
ことを特徴とする請求項3に記載の射出成形機の金型開閉装置。The gain setting means includes an input means for inputting a constant based on the mass of the movable part and the structure of the link mechanism, and a storage means for storing the input mass and constant.
The moment of inertia calculating means calculates the moment of inertia using the mass and constant stored in the storage means;
The mold opening / closing device for an injection molding machine according to claim 3.
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