专利名称：注模机及其丝杠位置的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种在注模机注模过程中控制丝杠位置的方法，尤其是涉及一种注模机，其中采用了高速注射和高速降压的方法以通过控制丝杠的速度来完成整个注模过程，还涉及一种控制注模机内丝杠位置的方法。
电机驱动注模机经常作为注模机使用以代替液压注模机。用于电机驱动注模机的电机已变得越来越复杂。尤其是高速度，高精度，高能量输出(扭矩)，能量节约等已得到加强。然而，作为单个单元，电机性能的提高并没有直接支持整个电机驱动注模机性能的提高。
通常，在电机驱动注模机的电机中具有一个反馈系统，其具有基于快速响应的参数顺序。换而言之，反馈系统是以电流(扭矩)，速度，位置，及压力的参数顺序制成的，如
图1所示。来自于用于测量电流，速度，位置，及压力的各个探测器的测量信号被顺序反馈并分别与目标信号相比较，由此实现基于比较结果的控制。
在注射过程中压力通常用作控制信息。这意味着把熔融的树脂供给到金属模具内的压力得到了控制。然而，这种情况下由于使用的控制信息具有最慢的反应，当使用具有高速范围的电机时，最高的注射压力大大超过了设定压力，如图2所示。这种现象成为过冲。换而言之，由于识别注射压力的过冲需要一段很长的反应时间，当使用电机的高速档时，由于慢的反应就会产生图2中斜线阴影所示的过冲量。相应地，浇铸的产品就会过填充并且树脂量会大大超过标准值。这可能会损害金属模具。
因此，当注射压力用作控制信息时不能使用高速范围的电机。这意味着高输出范围的电机也不能使用。
另外，提出了使用高速和高输出电机的高速注射和高速降压的控制方法。在完成注射过程之前，降压控制被设定用以控制丝杠向后的运动。在该方法中，利用具有较快反应的速度信息解决了上述问题。该方法中用于注射过程的四个设定项如下，并且将参考图3和图4对他们进行详细的描述。
1.注射开始后丝杠的前进位置。将其设定为Amm。
2.丝杠的前进速度。将其设定为Bmm/sec。
3.丝杠向前运动后丝杠的后退位置。将其设定为Cmm。
4.丝杠的后退速度。将其设定为Dmm/sec。
然而，当丝杠高速运动时很难保证例如位置A和C的停止位置的精度。
相应地，本发明的目的在于提供一种控制丝杠位置的方法，它的提出是为了使用高速和高输出范围的电机进行注模，通过该方法能够改善高速注射和高速降压中丝杠位置控制的精度。
本发明的另一个目的在于提供一种注模机，其能够执行上述用于控制丝杠位置的方法。
本发明是注模机中用于控制丝杠位置的方法，其中通过丝杠速度控制来完成整个注射过程的高速注射和高速降压方法应用于该注模机。
根据本发明的一个方面，丝杠从注射初始位置向前移动到预定的第一位置。当到达第一位置后，丝杠向后运动到预定的第二位置。丝杠向前和向后的运动速度是根据丝杠位置/丝杠速度的特性曲线进行控制的，该特性曲线是预先测量到的并且由方程V＝(2·K·S)1/2得出，其中V为丝杠速度，K为丝杠加速度，S为丝杠位置。
根据本发明提供一种电机驱动注模机，其中采用了通过丝杠速度控制来完成整个注射过程的高速注射和高速降压的方法。该电机驱动注模机包括用于使丝杠前后移动的伺服电机，用于探测丝杠位置的位置探测器，及用于通过把位置探测器探测到的丝杠位置微分和计算出的丝杠速度来控制丝杠前后移动速度的控制器。该控制器使丝杠从注射初始位置移动到预定的第一位置，当丝杠到达预定的第一位置后，控制器使丝杠向后移动到预定的第二位置。丝杠向前和向后的运动速度是根据丝杠位置/丝杠速度的特性曲线进行控制的，该特性曲线是预先测量到的，并且由方程V＝(2·K·S)1/2得出，其中V为丝杠速度，K为丝杠加速度，S为丝杠位置。
图1为传统电机驱动注模机中电机的典型控制系统的示意图；图2为用于说明传统注射过程中的过冲的时间/注射压力特性曲线图；图3为传统高速注射和高速降压方法的示意图；图4为图3中所示丝杠的速度设定曲线图；图5为集中在注射单元的本发明电机驱动注模机的结构示意图；图6为用于说明本发明原理的丝杠的位置/速度特性曲线图；图7为本发明中高速注射时丝杠的位置/时间特性曲线图；图8为本发明中高速降压时丝杠的位置/速度特性曲线图；图9为用于说明本发明注射压力升降控制的时间/注射压力特性曲线图；图10为用于说明本发明能够避免注量不足和过填充的时间/注射压力特性曲线图；参见图5，下面集中在注射单元对电机驱动注模机进行描述。电机驱动注模机具有注射单元，其通过伺服电机驱动。在该注射单元内，伺服电机的转动通过滚珠丝杠和丝母转变为直线运动，由此使丝杠前后移动。
在图5中，注射伺服电机11的转动传递给滚珠丝杠12。丝母13固定在压力板14上并通过滚珠丝杠12的转动前后移动。压力板14能够沿着四个固定在基架(未显示)上的导向杆15和16(图中仅标出两个)移动。压力板14的前后运动通过轴承17，测力传感器18及注射轴19传递给丝杠20。丝杠20放置在加热圆筒21内以便能够实现旋转运动和轴向运动。加热圆筒21包括用于将树脂供给到与丝杠20后部位置相应的位置上的漏斗22。用于驱动丝杠20旋转的伺服电机24的旋转运动通过连接件23传递给注射轴19，连接件23可以为皮带，滑轮等。换言之，伺服电机24使注射轴19旋转，注射轴19按顺序使丝杠20转动。
在测量过程中，丝杠20在加热圆筒21内转动并向后移动。因此，熔融的树脂储存在丝杠20的前面，即加热圆筒21内喷嘴21—1一侧。丝杠20的向后移动是由于在丝杠20前面存储的熔融树脂量逐渐增加所产生的压力引起的。
在注射和填充过程中，丝杠20在加热圆筒21内的向前移动是由来自于注射伺服电机的驱动力引起的，因此存储在丝杠20前面的熔融树脂被推进金属模具内并被加压。这种情况下，通过测力传感器18测量到用于挤压熔融树脂所需的力并作为注射压力。测量到的注射压力通过测力传感器放大器25放大并供给到控制器26。压力板有一个位置探测器27用于测量丝杠20的移动量。从位置探测器27输出的测量信号由位置探测器放大器28放大，并送入控制器26。
控制器26根据各个过程并以显示/设定单元33通过人机控制器34预先设定的值为基础输出电流(扭矩)指令值。电流指令值供给到驱动29器和驱动30器。驱动器29控制用于驱动伺服电机11的电流以便控制伺服电机11的输出扭矩。驱动器30控制用于驱动伺服电机24的电流以便控制伺服电机24的转数。伺服电机11和伺服电机24分别包括编码器31和32以测量转数。由编码器31和32测量到的转数供给到控制器26。特别是，由编码器32测量到的转数用于确定丝杠20的转数。
下面参考图6至图8对本发明用于控制丝杠位置的方法的原理进行描述。
一般而言，丝杠的速度，加速度，及位置之间的关系可以用下面的方程式表示V2＝2·K·S其中V为丝杠速度(mm/sec)，K为丝杠加速度(mm/sec2)，S为丝杠位置(mm)。
由上述方程得出的丝杠位置/速度的特性曲线如图6所示。上述方程和图6表明为了使丝杠停止在位置S0，在丝杠开始移动到位置S1后，丝杠的速度必须为V1或更小的值。换言之，相对于丝杠位置的丝杠速度必须在图6中斜线阴影所示的部分内。相应地，当将该原理应用于高速注射就会得到图7所示的结果，当将其应用于高速降压时就会得到图8所示的结果。
如上所述，这种情况下会出现超限现象，因此由于丝杠的高速运动用于控制速度的反应是迟的并且丝杠的停止位置超过了目标位置。因此，如图7所示，其中速度指令强制设定为零的区域被设定在停止目标位置A稍前的位置E上。另外，如图8所示，其中速度指令设定为零的区域被设定在停止目标位置C稍前的位置F上。
接下来对本发明用于控制丝杠位置的方法应用于图5所示电机驱动注模机的情况进行描述。这种情况下，控制器26通过来自于位置探测放大器28的信号确定丝杠20的位置并对其进行微分以确定丝杠20的速度。
在该实施例中，图7所示的高速注射时的丝杠位置/速度特性曲线及图8所示的高速降压时的丝杠位置/速度特性曲线分别是预先测量到的。这些测量到的曲线通过方程V＝(2·K·S)1/2表达并被存储在控制器26内的存储器26—1内。
下面对控制器26的控制操作进行描述。
当注射过程开始，丝杠20以速度Bmm/sec从注射初始位置向前移动到位置A。这时，控制器26识别出高速注射时的位置/速度特性曲线的边界，该边界限定了图7中斜线阴影区域的界限，控制器26把其作为屏障监测丝杠20以便速度不超出屏障，由此控制丝杠速度。换言之，控制器26将通过探测到的丝杠位置而计算出来的丝杠速度同参考速度比较，该参考速度与高速注射时位置/速度特性曲线中探测到的丝杠位置相一致，并控制注射伺服电机11以便计算出的丝杠速度不超出参考速度。
当丝杠20到达图7所示的位置E，该过程转换到高度降压过程。尤其是，控制器26将到注射伺服电机11的速度指令的极性颠倒，并使丝杠20以速度Dmm/sec向后移到位置C。这时，控制器26识别出高速降压时的位置/速度特性曲线的边界，该边界限定了图8中斜线阴影区域的界限，控制器26把其作为屏障监测丝杠20以便速度不超出屏障，由此控制丝杠速度。当丝杠20通过向后移动到达图8所示的位置F时，控制器26命令丝杠20停止。因此，丝杠20停在位置C由此完成注射过程。接下来执行保压过程。
在传统的注射压力控制中，为了控制注射压力仅使用一个压力设定值。与此相比，在高速注射和高速降压中，通过位置A和速度B能够控制注射压力的升高(如梯度)和峰值压力，并且通过位置C和速度D能够控制注射压力从峰值压力下降的梯度。
另外，如图10所示，有效克服在时间/注射特性曲线中产生缩痕(注量不足)和毛口(过填充)的区域的控制特性曲线能够设计得更柔和。
同样，通过在丝杠位置控制中利用屏障原理及由于丝杠高速运动引起的其对屏障的突破能够实现精确和稳定的位置控制，即能够防止超限。
如上所述，根据本发明，能够提高高速注射和高速降压中丝杠位置控制的精度。因此，能够生产出质量更好的没有注量不足和填充过量的注模产品。
权利要求
1.一种用于控制注模机内丝杠(20)位置的方法，在该注模机内采用了高速注射和高速降压的方法以通过控制丝杠(20)的速度来完成整个注射过程，该方法包括以下步骤，使丝杠(20)从注射初始位置向前移动到预定的第一位置(A)，及当丝杠(20)到达预定的第一位置(A)后，使丝杠(20)向后移动到预定的第二位置(C)，其中该方法还包括下列步骤根据丝杠位置/丝杠速度的特性曲线对丝杠向前和向后的运动速度进行控制，该特性曲线是预先测量到的并且由方程V＝(2·K·S)1/2得出，其中V为丝杠速度，K为丝杠加速度，S为丝杠位置。
2.根据权利要求1所述的用于控制丝杠位置的方法，其中该方法还包括以下步骤在预定的第一位置(A)前面的第一选择位置(E)上将速度指令设定为零，并且当丝杠(20)向前运动时将该过程转变到高速降压过程，由此防止预定的第一位置(A)发生过限；及在预定的第二位置(C)前面的第二选择位置(F)上将速度指令设定为零并且当丝杠(20)向后运动时完成高速降压，由此防止预定的第二位置(C)发生过限。
3.根据权利要求2所述的用于控制丝杠位置的方法，其中所述注模机为电机驱动注模机，及其中电机驱动注模机包括伺服电机(11)以使丝杠(20)前后运动。
4.根据权利要求3所述的用于控制丝杠位置的方法，其中电机驱动注模机还包括用于探测丝杠(20)位置的位置探测装置(27)，及用于通过对位置探测装置(27)探测到的丝杠位置微分和通过计算丝杠(20)的速度来控制丝杠(20)前后运动速度的控制装置(26)。
5.根据权利要求4所述的用于控制丝杠位置的方法，其中所述控制装置(26)包括存储器(26—1)，及其中预先测量到的丝杠位置/丝杠速度特性曲线存储在存储器(26—1)内。
6.一种注模机，其中采用了高速注射和高速降压以通过控制丝杠(20)的速度来完成整个注射过程，该注模机为电机驱动注模机并包括用于使丝杠前后移动的伺服电机(11)，用于探测丝杠(20)位置的位置探测装置(27)，及用于通过对位置探测装置(27)探测到的丝杠位置进行微分和计算丝杠(20)的速度来控制丝杠(20)前后移动速度的控制装置(26)，该控制装置(26)可操作用于使丝杠(20)从注射初始位置移动到预定的第一位置(A)，当丝杠(20)到达预定的第一位置(A)后，控制装置使丝杠(20)向后移动到预定的第二位置(C)；其中控制装置(26)还可操作用于根据丝杠位置/丝杠速度的特性曲线来控制丝杠向前和向后的运动速度，该特性曲线是预先测量到的并且由方程V＝(2·K·S)1/2得出，其中V为丝杠速度，K为丝杠加速度，S为丝杠位置。
7.根据权利要求6所述的注模机，其中控制装置(26)还可操作用于在预定的第一位置(A)前面的第一选择位置(E)上将速度指令设定为零并且当丝杠(20)向前运动时将该过程转变到高速降压过程，由此防止预定的第一位置(A)发生过限；及在预定的第二位置(C)前面的第二选择位置(F)上将速度指令设定为零并且当丝杠(20)向后运动时完成高速降压，由此防止预定的第二位置(C)发生过限。
全文摘要
一种用于控制注模机内丝杠位置的方法,使用高速注射和高速降压的方法以通过控制丝杠的位置来完成整个注射过程,丝杠从注射初始位置向前移动到预定的第一位置,当到达第一位置后丝杠向后运动到预定的第二位置,丝杠向前和向后的运动速度是根据丝杠位置/丝杠速度的特性曲线进行控制的,该特性曲线是预先测量到的并且由方程V=(2·K·S)
文档编号B29C45/77GK1328911SQ01118570
公开日2002年1月2日 申请日期2001年6月4日 优先权日2000年6月12日
发明者金野武司 申请人:住友重机械工业株式会社