注射机工艺控制软件系统的设计与开发

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1、华中科技大学硕士学位论文图1-3注射成形周期示意图1.2.4注射成形机的发展趋势英国的HenryBewley和RichardBrooman于1845年研制成功了世界上第一台柱塞式挤出机,而第一台单螺杆挤出机是由美国的WilliamKiel和JohnPrior在1876年研制成功的[19]。长久以来，全液压式注射机占据了注射机市场的主导地位。近些年，随着科学技术的发展以及伺服电机的出现，全电动注射机开始进入人们的视线。全电动式注射机采用伺服电机来代替传统液压式注射机的液压装置，以完成诸如螺杆旋转、注射、开锁模等动作。全电动式注射机的

2、机械部分原理与液压式基本相同，只是在控制部分采用了伺服电机用来代替原有的液压装置。全电动注射机的注射装置也包括塑化部件和传动部件两部分，塑化部件与传统注射机相同，主要由螺杆、机筒、喷嘴等组成；传动部件由滚珠丝杆、伺服电机、传动齿轮和离合器等组成，全电动注射机的合模装置也有肘杆式和直压工两类[20]。全电动式与液压式注射机的对比如下。1.机器系列规格目前液压注射机最大规格的锁模力已达到80000kN，全电动注射机最大规格的锁模力为10000kN。因此，对大型制品的成形主要还是依靠液压注射机。2.合模机构为了使伺服电机产生出比较大的锁

3、模力，全电动注射机的合模机构通常采用了扩力比大、行程比小的肘杆机构。液压注射机的合模机构形式众多，能够适应不同塑5华中科技大学硕士学位论文料制品的加工要求。3.塑化注射机构全电动注射机的注射油缸一般为单缸，而液压注射机有单缸和双缸两种形式。4.动力传递机构全电动注射机是使用滚珠丝杠来传递动力的，而滚珠丝杠的磨损会影响到机器的性能。液压注射机的动力传递机构采用的是油缸，不存在磨损和润滑问题，如果使用高质量的密封圈则可以解决活塞杆处油的密封问题。5.成形形式注射机的成形形式在一定程度上取决于合模机构的形式。液压注射机的合模机构形式较多

4、。全电动注射机不太适用于复杂的，如带抽芯装置的模具，也不适用于需要长时间锁模或者保压的场合，这样会使伺服电动机过度受热而受损。6.特种注射成型液压注射机可以利用蓄能器来实现高速注射，能够进行诸如微发泡等特种注射成形。全电动注射机一般用于比较常规的注射成形[21]。采用伺服电机的全电动式注射机有一系列的优点，特别是在降低产品生产能耗、降低生产成本、提高动作精度以及达到环保低噪声要求等方面。但由于目前的全电动式注射机普遍采用肘杆式锁模方式，其加工精度一方面受限于机械本身的加工精度，另一方面又存在肘杆的机械磨损，因此，全电动式注射机在开

5、锁模精度以及使用寿命方面还存在着一定的不足。全液压式注射机若采用开环控制，其注射及塑化控制精度不及全电动式；但若采用闭环控制方式，即应用伺服阀，其精度也毫不逊色于全电动式注射机，但与此同时造价就要明显高于全电动式注射机[20]。另外一种半电动注射机，即将电动与液压驱动相结合的注射机[21]，则可以将全电动式与液压式注射机的优点结合起来。例如,把全液压合模机构与伺服电机驱动的塑化注射机构结合起来,既能够发挥液压注射机合模机构高稳定性、高精度的性能,又可以发挥全电动注射机塑化注射机构高速应答反映、高精度的性能。在液压注射机6华中科技大

6、学硕士学位论文上把液压马达驱动的塑化机构改为伺服电机驱动的塑化机构,从而达到在合模的同时进行塑化,以提高生产力。总而言之，高效、高速、精密、低能耗、环保、智能化将是未来注射机发展的方向。1.3注射机控制系统软件与硬件结构电动注射机的控制是根据工艺过程设计的，具体内容包括以下两个方面。1.电动注射机筒温度控制设计全电动注射机机筒的温度控制方式与常规的液压式注射机机筒温控方式一样，都是利用单片机控制回路，然后选择合适的控制算法对注射机机筒外各加热圈进行控制。注射机的料筒温度控制对象是一个非线性、强耦合和大滞后的系统，这是其中一个控制的

7、难点。对于这类对象，目前还缺乏一个统一有效的控制方法，常规的PID控制方法目前无法达到高精度生产的要求。注射机生产的产品不同，那么预塑量、环境温度、生产周期就不同；料筒各段温度控制之间存在很强的耦合性，要实现完全的解耦控制非常困难；另外该对象还是一个大滞后系统，常规的控制方法难免会出现超调和震荡现象，所以必须研究出自适应的温度控制策略以实现高精度的温度控制。在塑料加工过程中，温度控制主要包括料筒、喷嘴和模具的温度控制。料筒温度也就是料筒表面的加热温度，由于料筒的筒壁是比较厚的，所以，热电偶检测点的选择变得很关键，对于不同的检测点的

8、温度曲线有较大的差异。基于这种考虑，双点平行检测方法——在料筒表面与深处同时设置热电偶，将会得到比较稳定的温度曲线，从而有利于温控的精度。喷嘴温度将直接影响熔体通过时的剪切流动，对制品的成形质量有着比较大的影响，所以喷嘴温度的控制精度要求更高。模具