注塑機簡易電控系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、<p><b>　　緒論</b></p><p>　　LED燈被稱作為新世紀的第四代光源，有著無污染、低發(fā)熱、高亮度、使用壽命長等特點，現(xiàn)在已經開始逐漸在多個領域得到應用，如廣告顯示屏，燈飾照明等，是目前最有發(fā)展前景的綠色照明光源。在中國，從上個世紀70年代開始，LED行業(yè)逐步的得到較快的發(fā)展，到現(xiàn)在為止，經過40多年的時間，中國已經成為全球最大的LED產品生產國和出出口國。而LE

2、D產業(yè)也在發(fā)展中不斷得到細分，已經從一開始單純的半導體生產發(fā)展到了，從照明光源到LED配光器的完整的產業(yè)鏈。</p><p>　　在LED產業(yè)鏈中，LED配光器件屬于LED的配套產業(yè)，也是LED照明的重要組成部分，其性能的好壞對于LED的照明效果有著很大的影響。配光就是為了某種目的對燈具發(fā)出的光進行強度的配置，LED配光器件可以有效的提高LED的光學效果。在配光器件中，常用的配光器件有三類，分別是透鏡和反光杯、折

3、光板。通過配光器件，可以有效的增強LED的光學照明和減少LED的功耗，從而節(jié)省能源消耗。</p><p>　　上述配光器件的生產制造所用的設備均為注射成型機，因而注射機的生產精度和穩(wěn)定性對于配光器件的品質是有很大影響的。目前，國內大部分的正在使用的注射成型機，都是通過繼電器-接觸器進行觸點開關量控制，但這種控制方法不但線路復雜，而且屬于開環(huán)控制，受外部因素干擾較大，系統(tǒng)精度較低，因而已經逐漸被市場所淘汰。而另外一

4、種比較先進的，全電動類型注射機由于成本較高，且主軸壽命較短，需要頻繁更換而沒有得到大范圍應用。目前，國內市場上新生產注射機都已經逐漸采用運動控制系統(tǒng)，從而達到對整個工藝流程進行自動化控制的目的。在本次設計中，為保證注射成型過程中，可以有效的控制工藝參數(shù)控制證，并且可以在一定程度上的保證成本的控制，因此采用PLC作為LED配光器件注射機的控制器。PLC控制系統(tǒng)是通過檢測信息的反饋和開關量通斷，來進行程序動作的輸出，從而實現(xiàn)對于目標系統(tǒng)的控

5、制，并且配合各類模擬量模塊可以對目標系統(tǒng)的實現(xiàn)閉環(huán)控制。 </p><p>　　第一章 注射機概述與發(fā)展</p><p><b>　　1.1注射成型技術</b></p><p>　　注射成型是指將具有熱塑性或者熱固性的材料,在預塑加熱熔化后，在一定的注射壓力，將已融化的注射材料注入到準備好的模具型腔中,經冷卻后,得到成形塑料制品的一種塑料加工方

6、法。注射成型的特點是:可通過一次注射成型就獲得結構較為復雜的制，并且能夠確保良好的尺寸精度以及表面光潔度;注射成型模具可以快速更換,對產品的多樣化有著很好的適應能力,當需要生產不同產品時，僅需要更換注射模具;注射成型的生產過程是一個相互循環(huán)的過程,通常分為合模、注射、保壓和預塑四個主要階段。</p><p><b>　　1.2注射機概述</b></p><p>　　在

7、塑料加工行業(yè)中，注射成型機是投入應用最為廣泛的加工機械，在日常生活中所接觸到塑料制品，有很大一部分就是通過注射成型得到的，例如插座外殼，塑料燈罩等等。近年來，由于諸多行業(yè)對于注射成型產品的需求的快速增長，例如電器行業(yè)，醫(yī)藥行業(yè)，汽車行業(yè)等，注射成型技術得到大量的投入與研究，從而推動了注射成型設備的快速發(fā)展。</p><p>　　注射成型機工作過程是通過注射裝置將料筒中已經處于熔化狀態(tài)的材料以一定的壓力和速度注射到

8、已閉合鎖模的模具中，從而生產出各種形狀的塑料制品。正如前面所述，國內的注射成型機從控制系統(tǒng)分類可以分為三種，分別是繼電器控制型、PLC控制型和PC機控制型。</p><p>　　繼電器控制型注射機主要是通過繼電器的觸點開閉，來切換電磁換向閥的得電和失電，進而來切換注射機液壓系統(tǒng)中各個回路的接通與方向，從而形成一個開環(huán)控制系統(tǒng)。這樣，注射機就會根據(jù)已經設定的加工工藝數(shù)值，進行開環(huán)控制，設定參數(shù)數(shù)值如合模時間、注射速

9、度、加熱溫度等，但是注射機只會注射過程中按設定數(shù)值進行，一旦出現(xiàn)誤差，并不能進行自我調整。同時，因為繼電器控制型注射機是采用繼電器組成控制系統(tǒng)，導致了系統(tǒng)中存在著眾多的控制觸點，線路復雜，一旦出現(xiàn)故障，就會出現(xiàn)檢修困難的情況。而且繼電器的響應速度較慢，對外部的抗干擾能力差、組成的控制系統(tǒng)控制不夠精確。 所以，繼電器控制型的注射機已經逐漸被淘汰出市場了。 </p><p>　　PLC控制型和PC機控制型的注射機主

10、要是通過外部電子元器件的輸入信息來進行程序動作的切換，從而輸出控制信號來控制注射機的液壓系統(tǒng)，并通過傳感器的負反饋信息對系統(tǒng)參數(shù)進行自我調整，形成一個閉環(huán)控制。這兩種類型的注射機由于是閉環(huán)控制方式，因而可以通過將設定值與實際值進行比較，得出偏差，并對偏差進行消減，使系統(tǒng)誤差保持在最低水平。因而閉環(huán)控制系對于外部干擾的抵抗能力較強，可以在誤差出現(xiàn)之后，進行系統(tǒng)自我的修正，從而擁有較高的系統(tǒng)控制精度。</p><p>

11、;　　相對來說，可編程控制器型和計算機控制型本質上是一樣的，都屬于微機控制范圍，只不過PLC是屬于通用型，計算機指專用型。所以，針對于生產多個產品的制造商，可編程控制器（PLC）因為適應能力強，適合大批量生產，具有高可靠性等優(yōu)點，國內很多注射機都廣泛采用了PLC控制。</p><p>　　1.3注射機的發(fā)展趨勢</p><p>　　任何生產類型的機械的最后發(fā)展趨勢,都是從原來的人工操作向著

12、生產程序控制高度自動化的方向發(fā)展，注射成型機械也不會例外。注射成型機的自動化就是將注射成型過程中的各個工序動作，如加料、加熱溫度控制、開合模和注射速度注射壓力及注射制品的頂出取件等，進行自動循環(huán)的控制，從而實現(xiàn)注射成型設備的高速高響應的自動化生產。同時，在面對日益多樣化的生產需求，注射機在節(jié)能、高效，快速響應和精密控制等方面也有了更高的要求。尤其是節(jié)能方面，不僅能夠降低能耗,而且可以優(yōu)化系統(tǒng),增加系統(tǒng)可靠性。</p>&l

13、t;p>　　注射機的能耗主要體現(xiàn)在三個方面，分別是液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)。其中，液壓系統(tǒng)所耗費的能耗是最多的，多是消耗在各個機械能轉換為液壓能或這是液壓能轉換為機械能的環(huán)節(jié)。再過來就是加熱系統(tǒng)的能耗，由于傳統(tǒng)的注射機采用電阻絲加熱，除了與料筒接觸的內側的熱量被有效利用外，大部分都是通過空氣消散掉了。因而，從目前節(jié)省能耗的角度出發(fā)，必然是從這三方面進行技術改造。</p><p>　　第二章 注射機的組成

14、</p><p>　　注射成型機主要的系統(tǒng)有四個，分別是注射系統(tǒng)，合模系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，它們負責完成了注射成型絕大部分工藝動作。</p><p>　　2.1注射機的注射系統(tǒng)</p><p>　　注射系統(tǒng)的主要工作是在設定的時間內，將固態(tài)狀的原材料進行預塑融化，使之變成流體狀態(tài)的熔融物料，然后以一定的壓力和速度將預定計量的物料注入到模具的形腔內。并且在原料

15、完全注入模腔后，繼續(xù)對注射模腔施加注射壓力，從而確保產品冷卻縮小的部分可以得到補充，同時還可以起到排除模腔氣體，消除產品內小氣泡的作用。因此，注塑機的注射系統(tǒng)應該具有良好的塑化、注射和保壓的功能。</p><p>　　注射機的注射系統(tǒng)的主要是由注射裝置、預塑計量裝置等裝置組成的。注射裝置，顧名思義，其作用就是注射原料，主要部件有螺桿、料筒和止逆環(huán)。螺桿起到輸送物料和剪切加熱物料的作用，是注射機的重要部件。止逆環(huán)設

16、置在螺桿的頭部，起到防止熔體倒流的作用。預塑計量裝置，其作用主要是計量下一次注射原料的注射量，并且對原料進行塑化加熱，主要部件是預塑馬達和液壓系統(tǒng)中的背壓溢流閥，前者是進行預塑的執(zhí)行元器件，后者則是起到注射量計量的作用，當螺桿頭部的儲料壓力大于背壓溢流閥溢流壓力時，溢流閥導通，注射缸溢流后退，預塑馬達停止預塑。</p><p>　　注射裝置中，最主要的就是螺桿，螺桿的性能好壞對于一臺注射機來說，至關重要。因此在設

17、計中，采用往復式標準B式螺桿，因為B式螺桿結構相對簡單，而且緊湊，有著良好的塑化能力,在注射和預塑方面都可以得到較好效果。</p><p>　　2.2注射機的合模系統(tǒng)</p><p>　　合模系統(tǒng)的主要功能是有兩個，第一個是基本功能，即實現(xiàn)模具啟閉動作，并頂出制品；第二個是確保動模版和定模版的可靠的鎖模，因為在進行制品注射時，注射模具腔體內有著相當大的壓力，如果合模系統(tǒng)的鎖模裝置不能給予模

18、具足夠的鎖模力，那么模具極有可能在模腔內部的壓力下被打開。合模系統(tǒng)主要組成部分有動模板、定模板、鎖模裝置、頂出裝置和調模裝置等組成，其中，鎖模裝置主要是利用曲肘連桿機構的死點位置將鎖模力進行放大，一般單曲肘連桿結構的力放大系數(shù)為10。</p><p>　　2.3注射機的液壓系統(tǒng)</p><p>　　注射機的液壓系統(tǒng)主要是通過主回路，對系統(tǒng)中的壓力和流量進行有效的調</p>&

19、lt;p>　　節(jié)，然后利用各條分回路進行執(zhí)動作的執(zhí)行。液壓系統(tǒng)中的主要零部件有液壓泵、</p><p>　　壓力控制閥、流量控制閥、電磁換向閥、過濾器和壓力儀表等元件。</p><p>　　液壓系統(tǒng)的主要作用是在電氣系統(tǒng)的控制下，各個液壓回路按照注射工藝流程過程的動作程序進行順序動作，從而達到準確的動作控制。。 . </p>&l

20、t;p>　　2.4注射機電氣控制系統(tǒng)</p><p>　　注射機的電氣控制系統(tǒng)是注射機系統(tǒng)中的重要組成系統(tǒng), 電氣控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣對注射制品的質量有著很大的影響。注射機的電氣控制系統(tǒng)相當于人類的大腦，負責對注射機的各個工藝動作進行控制和調整。其主要的作用有：</p><p>　　1、控制電機驅動液壓泵，精確的給每一個工序步驟的提供動力；</p><p>　　

21、2、控制注射機的注射溫度，使其保持在一個恒定的范圍；</p><p>　　3、根據(jù)程序，按照工藝順序，控制各個執(zhí)行機構執(zhí)行相應的順序動作；</p><p>　　4、對注射機系統(tǒng)的偏差進行修正，減小生產誤差，保證產品的重復性；</p><p>　　5、控制電源的通斷，保證各個設備的供電穩(wěn)定；</p><p>　　注射機電氣控制系統(tǒng)系統(tǒng)主要組成部

22、分有：順序控制器部分；電動機及其控制部分；溫度控制部分；</p><p>　　2.4.1順序控制器</p><p>　　順序控制器是注射機電氣控制系統(tǒng)最關鍵的部分，注射機通過順序控制器不斷的發(fā)出控制信號，控制注射機的各個執(zhí)行機構，如電磁換向閥，溫度加熱器等，使其按照工藝流程的要求，進行順序動作切換或將某個工藝參數(shù)維持在某個范圍。常用順序控制器有工業(yè)計算機、可編程控制器和電子微機三種。<

23、;/p><p><b>　　2.4.2電動機</b></p><p>　　注射機所采用的電動機一般為兩類，一種是傳統(tǒng)的注射機采用三相異步電動機作為動力源，優(yōu)點是價格低廉且結構簡單，可靠，使用壽命長，缺點是三相異步電動機轉速控制精度低；一種是采用伺服電機作為動力源，優(yōu)點是可以精確的調整轉速來改變液壓回路中的流量和壓力，缺點是價格相對于三相異步電機要昂貴，而且需要經常維護保養(yǎng)

24、。</p><p><b>　　2.4.3溫度控制</b></p><p><b>　　(1)料筒溫度</b></p><p>　　注射機的料筒是注射機的主要加熱場所，注射機的加熱器通過加熱料筒，使料筒內的原料熔化，并根據(jù)原料的熔化狀態(tài)不同，將料筒劃分成用多個加熱溫度不同的溫度加熱區(qū)并加以控制調節(jié)。注射機料筒溫度的控制是注

25、射機溫度控制系統(tǒng)的重要部分，因為料筒的原料都一個恒定的熔化溫度范圍，如果加熱溫度超過材料熔化溫度上限，那么料筒中的原料有可能會因加熱過度而產生分解變質；如果加熱溫度達不到原材料的最低熔化溫度，那么就會導致原材料塑化加熱不良，進而影響生產的產品質量。注射機的料簡加熱方式主要有兩種，一種是利用電熱圈進行加熱，一種是利用電磁感應圈進行加熱。</p><p>　　(2)噴嘴溫度控制與檢測</p><p

26、>　　注射機的噴嘴溫度在溫度控制中是屬于要求較高的部位。如果噴嘴處的加</p><p>　　熱溫度不夠高，那么會致使原料在噴嘴處冷凝，影響原料的注射，嚴重點的還會</p><p>　　導致噴嘴處被冷凝的原料堵塞，使注射機出現(xiàn)注射故障，導致注射機因注射超時</p><p>　　報警停機；反之，如果噴嘴處的加熱溫度太高，那么則有可能導致外延流現(xiàn)象的</p&g

27、t;<p>　　出現(xiàn)，從而使產品廢品率增加。</p><p>　　(3)模具的溫度控制</p><p>　　模具溫度控制一般采用注射機的外圍配套產品實現(xiàn)，最常用就是模溫機。</p><p>　　模溫機對模具溫度的的保持和冷卻通常采用水加熱冷卻的方式，利用管道將</p><p>　　高溫水氣和冷凝水進行循環(huán)交替的利用，利用冷凝水吸

28、收熱量變成水蒸汽的方式</p><p>　　來使模具腔體內部的產品快速冷卻，然后又利用高溫的水蒸汽來對下一個流程制</p><p>　　品進行保溫。但是，為了保證模具腔體內各處溫度的可以均勻變化，那么模具內</p><p>　　部管道的布設一定要合理均勻覆蓋。</p><p>　　(4)液壓油溫度控制與檢測</p><p&

29、gt;　　注射機的液壓系統(tǒng)的液壓油溫度對于整個注射機系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有著重大</p><p>　　的關聯(lián)。如果液壓系統(tǒng)中的液壓油溫度太低，那么液壓油的黏性會增強，導致液</p><p>　　壓系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)震動、噪聲等現(xiàn)象；反之，如果液壓油的溫度太高，那</p><p>　　么會降低油的黏度，導致液壓油的容積出現(xiàn)波動和系統(tǒng)壓力的變化較大。 </p>

30、<p>　　第四章 液壓系統(tǒng)的設計</p><p>　　4.1注塑機液壓系統(tǒng)的設計參數(shù)</p><p><b>　　表4-1 </b></p><p>　　注射機設備鎖模力對應的機械設計參數(shù)如圖4-1</p><p>　　4.2注塑機液壓系統(tǒng)設計要求</p><p>　?。?）注射機

31、進行開合模運動時，要求過程速度平穩(wěn)，沒有波動，動模板和定模板閉合時盡量減少或者消除剛性沖擊；</p><p>　?。?）合模完成后，鎖模機構應保持足夠大的鎖模壓力，防止在注射機在向模腔注射原料時，因模腔壓力過大而產生產品溢邊的現(xiàn)象，從而產生次品；</p><p>　?。?）當預塑進料時，注射機螺桿轉動，原料在融化后，逐漸被推到螺桿的前端，這時，螺桿同注射機構在螺桿頭部原料的壓力作用下會產生

32、向后移動的傾向，為了令螺桿頭部的原料保持一定程度上的密度，那么在液壓系統(tǒng)內，就必須設定相應的背壓壓力；</p><p>　　（4）為保制品的品質，注射結束后,液壓系統(tǒng)要設有一定時間的保壓過程；</p><p>　?。?）為了保證安全生產，系統(tǒng)應該設有安全聯(lián)鎖裝置，例如在安全門的內側設立行程開關，門不關閉，系統(tǒng)無法運行等等；</p><p>　　4.3注射機液壓系統(tǒng)的

33、設計方案</p><p>　　傳統(tǒng)的注塑機液壓控制系統(tǒng)的工作方式主要是三相異步電動機帶動兩個普通的串連在一起的定量泵或者變量泵，通過溢流閥、節(jié)流閥和電磁方向閥等常規(guī)液壓元件構成各式液壓回路來進行工作的。并且，通過調節(jié)注塑機液壓系統(tǒng)內溢流閥和節(jié)流閥的設定值來改變注塑機注射過程中的壓力和注射速度,通過接觸器和時間繼電器來控制各個電磁開關閥的得失電,來實現(xiàn)各個工藝過程循環(huán)有序地工作，傳統(tǒng)的注射機液壓系統(tǒng)如下圖4-2：

34、 </p><p>　　圖4-2 </p><p>　　傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)雖然結構簡單可靠,價格低,維修方便,但是因為傳統(tǒng)的系統(tǒng)只能實現(xiàn)開關控制,且注射精度太低,對于配光透鏡類的產品，傳統(tǒng)的注射機已經不能滿足各類配光器件的工藝要求,并且由于控制回路流量的溢流閥

35、在工作狀態(tài)下基本都是處于溢流開啟狀態(tài),導致液壓油大量溢流損耗，降低能源的利用率。</p><p>　　注射機的注射制品質量度主要是由下面幾點來決定的：一是注塑機的本身所能達到注射壓力和注射速度，二是合模系統(tǒng)是否具有足夠大的剛性和和合模系統(tǒng)本身的鎖模精度，三是注射機電氣控制系統(tǒng)對注射過程中，存在的壓力、流量、溫度等參數(shù)的控制與調節(jié)。</p><p>　　因而，在本次注射機的液壓系統(tǒng)設計上，采

36、用的是電液復合的液壓控制方式，即主要以伺服電機驅動定量泵的形式,通過對伺服電機的轉速進行調整，從而調節(jié)系統(tǒng)的流量來滿足負 載所需的壓力與流量。系統(tǒng)的控制見下圖4-3： </p><p><b>　　圖4-3 </b></p><p>　　4.4液壓系統(tǒng)方案和液壓原理圖</p><p>　　4.4.1液壓系統(tǒng)方案</p><

37、p>　　(1)液壓系統(tǒng)各執(zhí)行機構的確定</p><p>　　在液壓系統(tǒng)中，除了螺桿預塑動作外，其它順序動作的執(zhí)行機構均為直線往復運動，且均采用單桿雙作用缸直接驅動執(zhí)行機構,而預塑動作則是由螺桿則用液壓馬達驅動。合模系統(tǒng)則采用曲柄連桿機構，此機構可將液壓缸的鎖模力放大，力放大系數(shù)與連桿的數(shù)量有關，單桿的放大系數(shù)為10，雙桿為20。同時，在合模系統(tǒng)中，設定一個二通四位換向閥，實現(xiàn)合模液壓缸差動連接，加快合模速度

38、，實現(xiàn)快速合模。</p><p>　　(2)動力系統(tǒng)的確定</p><p>　　本次設計的動力系統(tǒng)為利用伺服電機直接驅動定量泵，同時配合閉環(huán)控制，提高系統(tǒng)的注射制品的良品重復率,并且不但操作簡單，而且還滿足了節(jié)能環(huán)保的要求。</p><p><b>　　(3)安全互鎖方案</b></p><p>　　在系統(tǒng)中設有安全門,

39、在合模系統(tǒng)中利用行程閥和插裝閥配合,合模時，若安全門沒有合上,插裝閥的液控油口導通,導入壓力油，插裝閥處于關閉狀態(tài)，合模缸無法通入液壓油，合模不能開始。只有當安全門關閉,壓下行程閥,使插裝閥的液控油口通油箱,插裝閥處于開啟狀態(tài),合模動作才能順利進行。</p><p>　　4.4.2液壓系統(tǒng)原理圖 </p><p><b>　

40、　圖4-4</b></p><p>　　4.5液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的計算</p><p>　　4.5.1注射裝置的相關參數(shù)計算</p><p>　　(1)注射缸的載荷力</p><p>　　注射缸的載荷力是隨著注射進程的不同而進行變換的，因此只需在最大注射壓力的狀態(tài)下，計算出注射缸的載荷力即可，則：</p><p&

41、gt;<b>　　(4-1)</b></p><p>　　式中：d----螺桿直徑，由給定參數(shù)可知d=36mm;</p><p>　　p----最大注射壓力，由給定參數(shù)可知;</p><p>　　參考《液壓與傳動手冊》取注射液壓缸的機械效率為0.9，則實際作用于液注射液壓缸活塞上的載荷力為：</p><p><b&

42、gt;　　(4-2)</b></p><p>　　(2)注射缸的活塞及活塞桿直徑</p><p>　　當熔融狀態(tài)的原料充滿模腔時，注射缸的載荷力達到最大值 ,活塞移動速度約等于0，且背壓壓力在注射狀態(tài)下近似于無，則活塞直徑：</p><p><b>　　(4-3) </b></p><p>　　取 則

43、活塞桿的直徑取 ； </p><p>　　式中：---系統(tǒng)壓力，大小為14.5MPa</p><p>　　(3)計算注射缸最大載荷時注射缸的實際壓力</p><p>　　注射缸的實際壓力為： </p><p><b>　　(4-4)</b></p><p>　

44、?。?）注射缸的流量計算</p><p>　　已知注射可達到的最大注射速率，因而注射缸的注射速度為:</p><p>　　(4-5)注射缸的流量： (4-6)</p><p>　　4.5.2合模相關計算</p><p>　?。?）合模缸的載荷力</p><p>　　合模缸的最大載荷力出現(xiàn)在鎖模時，根據(jù)

45、已知注射機系統(tǒng)所需的最大鎖模力為80t，且注射機的合模系統(tǒng)采用單桿曲柄搖桿機構進行鎖模，其力放大系數(shù)為10，所以合模缸的的最大載荷力為80KN。</p><p>　　（2）合模缸的活塞和活塞桿直徑</p><p>　　根據(jù)注射的生產對象和生產原料以及生產工藝，設預選合模缸的工作壓力為5MPa，則活塞直徑：</p><p><b>　　(4-7)</b

46、></p><p>　　為方便設置伺服驅動器的電子齒輪比，故在滿足最小直徑的的情況下，取活塞直徑為0.15m，則活塞桿直徑則為d=0.7D=0.11m。則：合模缸實際工作壓力為：</p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>　　4.5.3注射座相關參數(shù)</p><p>　　由于注射座在前移和松退

47、時,只受到導軌的摩擦阻力和注射座本身的慣性力,作用，注射座所受到的最大推力出現(xiàn)在注射過程中噴嘴受到的反方向的注射壓力。因此，注射座缸的最大推力應可以推動注射噴嘴與模具澆口進行緊密的接觸，從而封閉注射流道，防止注射座在注射壓力的作用下被反向推回。因而注射座液壓缸的最大載荷力即為噴嘴的最大推力為3.3t，機械效率取0.9，則實際作用于注射座液壓缸活塞上的載荷力為36.7KN。</p><p>　　4.5.4預塑液壓馬

48、達參數(shù)計算</p><p>　?。?）預塑液壓馬達的轉矩</p><p>　　負載轉矩為： (4-9)</p><p>　　取液壓馬達的機械效率為0.9，則： (4-10)</p><p>　?。?）液壓馬達排量 </p><p>　　由于液壓馬達流出液壓油是通過冷卻器冷卻后直接回油箱,因

49、而馬達的出口壓力相當于0，因此馬達排量為:</p><p><b>　　(4-11)</b></p><p><b>　　（3）馬達選型</b></p><p>　　預塑馬達通過帶動螺桿轉動進行加料預塑，所需轉速不需要太大，因此參考同類型的注射機，采用低速液壓馬達，低速液壓馬達有著排量大，體積大，轉速低等優(yōu)點，并且可以與工

50、作機構直接連接，不需要傳動機構，減小了機械體積。在根據(jù)螺桿的最大轉速與計算得出的馬達轉矩和排量后，參考《現(xiàn)代機械設計手冊》中的液壓傳動與控制設計篇，選擇JM31-E0.08型徑向柱塞液壓馬達作為預塑馬達。 參數(shù)見表4-2。</p><p>　　4.5.5液壓泵的相關參數(shù)計算</p><p>　?。?）液壓泵的工作壓力計算</p><p>　　注射機液壓系統(tǒng)在注射缸注

51、射時的工作壓力最大，為9.79MPa,從泵到注射缸之間存在一個換向閥,所以取泵到執(zhí)行器之間的壓力損失取0.5MPa，則液壓泵</p><p>　　的最高工作壓力為： </p><p><b>　　(4-12)</b></p><p><b>　?。?）泵的排量計算</b></p><p>　　由注射

52、機的工作原理可知，液壓系統(tǒng)在進行注射時，所需流量是最大的，根據(jù)上面的計算可得知最大流量，取泵的泄漏系數(shù)為K=1.1，則泵的最大流量為： </p><p><b>　　(4-13)</b></p><p>　　設定當注射機達到最大注射速度時，泵的最高轉速為1500rpm,由此可計算出</p><p><b>　　泵的排量為：<

53、/b></p><p><b>　　(4-14)</b></p><p>　　由液壓系統(tǒng)的工作壓力和泵的排量以及設定的最高轉速，參考參考《現(xiàn)代機械</p><p>　　設計手冊》中的液壓傳動與控制設計篇，選取日本住友公司的QT系列內嚙合</p><p>　　泵，型號為QT52-50型內嚙合齒輪泵，具體參數(shù)如下:&l

54、t;/p><p><b>　　表4-3</b></p><p>　　第五章控制系統(tǒng)設計方案</p><p>　　注射機的控制系統(tǒng)主要是由氣系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)及液壓回路控制系統(tǒng)三大部分組成的。其中電氣控制系統(tǒng)是起到主題控制作用，溫度控制系統(tǒng)的作用是對注射機溫度進行恒溫調節(jié)，液壓回路控制系統(tǒng)則是起到令各個執(zhí)行機構進行順序動作，三者配合在一起，可有效的對

55、注射工藝過程中，出現(xiàn)的壓力、溫度、速度、時間等參數(shù)進行調節(jié)與偏差修正。溫度系統(tǒng)是建立在電氣系統(tǒng)的基礎上，利用溫度傳感器熱電偶的反饋，通過控制器對加熱目標進行恒溫控制。</p><p>　　LED配光器件注射機設計的控制系統(tǒng)的核心控制器為三菱可編程控制器，PLC通過模擬量模塊FX2n-4AD和FX2n-4AD-TC進行模數(shù)數(shù)據(jù)轉換，來接受位移傳感器的信息反饋，從而使注射機除了按照工藝流程實現(xiàn)順序動作之外，還能夠對注

56、射機的合模動作與注射動作進行精確位置控制，提高良品的重復率。在溫度控制上，則是通過K型熱電偶和溫度模擬量輸入模塊，對料筒進行溫度PID調節(jié)與控制，使溫度保持在一個恒定的小范圍內，盡量減少溫度的波動?？刂葡到y(tǒng)方案設計框圖如下：</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　LED配光器件注射機的各個電磁換向閥動作順序如下表：

57、 </p><p>　　5.1控制系統(tǒng)硬件選型</p><p>　　5.2.1可編程控制器的選型</p><p>　　可編程控制器型號選擇的主要選擇依據(jù)是PLC容量和PLC的性能，PLC容量分為兩個方面，一個是I/O的點數(shù)，除了必須滿足系統(tǒng)設計所需的輸入輸出口點數(shù)外，還需要留有部分I/O點數(shù)作為備用，以便在已使用的I/O點出現(xiàn)損壞后可及時更換，并且還

58、可以給以后調整升級系統(tǒng)做準備，二是內部數(shù)據(jù)存儲器ROM的容量，一般是根據(jù)當前的最大控制性能為標準進行選擇，通常是在滿足I/O點和控制性能的情況下，選擇較大的容量。</p><p>　　根據(jù)設方案所需要的I/O點數(shù)和加工工藝對控制器的要求，選擇三菱可編程控制器系列中的FX3U-64MT/ES-A，晶體管漏型輸出,內置32入/32出，供電電源為AC220V，是三菱公司的第三代微型可編程控制器，在原來的FX2n的基礎上

59、增強了多個功能，例如的增加了多條定位指令，多個高速脈沖輸出口等。</p><p><b>　　圖5-2</b></p><p>　　5.2.2伺服電機選型</p><p>　　注射機設計中，電動機的型號選擇主要是根據(jù)液壓的泵的最高工作轉速和輸入功率來確定的，因此根據(jù)設計經驗，取液壓泵的機械效率為0.95，傳動效率取0.9，液壓泵效率取0.95過

60、載系數(shù)取K=1.1，泵的輸出馬力根據(jù)參數(shù)為11kw，則電機功率為：</p><p><b>　　(5-1) </b></p><p>　　根據(jù)所選擇的PLC型號和計算出來的電機額定功率以及所設定的液壓泵的最高轉速，選擇中大功率的三菱伺服電機HA-LP11K-55K2B型,帶有內置18b（242144p/r）分辨率的增量/絕對式通用內置編碼器。</p>

61、<p><b>　　圖5-3</b></p><p>　　5.2.3伺服驅動器選型</p><p>　　由于選定的伺服電機為三菱HA-LP系列的電機，且控制器同為三菱的PLC，因此選擇與伺服電機配套使用的三菱通用型伺服驅動器MR-J3-A。MR-J3系列的通用伺服驅動器是在MR-J2系列的基礎上開發(fā)出來的性能更高、更能更豐富的交流伺服驅動器,與其配套的伺服

62、電機編碼器均采用了分辨率為262144pls/r的絕對位置編碼器，速度頻率響得到了較大的提高，從而擁有更高的控制精度。</p><p><b>　　圖5-4</b></p><p>　　5.2.4模擬量模塊選擇</p><p>　　由于在注射機的控制中，需要對合模，注射等動作的位移距離進行定位，因而需要對位移測量反饋的模擬信號進行分析，所以在設

63、計中需要采用模擬量輸入模塊，將傳感器反饋回來模擬量信號轉換成數(shù)字量信號后，將信息發(fā)送到PLC中進行分析比較。根據(jù)所采用的可編程控制器型號和位置模擬電壓信號輸入的個數(shù)，選用三菱的FX2n-4AD模塊進行模擬量數(shù)字量的轉換。</p><p>　　三菱FX2n-4AD有四個模擬量輸入通道，每個通道都可進行模擬量數(shù)字量轉換，模塊采集信號電壓為-10V~+10V，分辯率5mV（1/2000）。電流輸入時，為4~20mA或-

64、20~20mA，分辯率20uA。FX2n-4AD占用FX2n擴展總線的8個點，耗電為5V，30mA。</p><p>　　在溫度控制中，注射機需要對料筒的多個溫度區(qū)進行監(jiān)控和進行溫度調節(jié)，并通過熱電偶反饋的電壓模擬信號，進行信息量反饋一樣，因此在了的配光器件注射機設計中，采用溫度模擬量輸入模塊FX2n-4AD-TC進行信號換。</p><p><b>　　圖5-4 </b

65、></p><p>　　5.2.5電子尺選型</p><p>　　在注射機中，對于位置精度要求最高的裝置為注射裝置，其次是合模裝置，為了保證這兩處的位置精度，一般都都會采用直線位移傳感器，即電子尺。在本次設計中，參考同級別，同類型的注射機，采用拉桿式電子尺作為這兩處的位置傳感器。因而，參考市場上的品牌，選擇上海星宇高科的KTC式電子尺，電子尺的輸出電壓信號為0-10v。</p&

66、gt;<p>　　開模最大行程為320mm，因此電子尺的行程應不小于最大開模行程的基礎，因此合模電子尺的行程定位320mm，內置6mm作為緩沖。同理，螺桿的最大行程為150mm，則選取電子尺的行程為150mm，內置6mm緩沖·行程。同時，由于控制部分的供電電壓為dc24v，故選擇電子尺的最大容許電壓為24v/1kΩ</p><p><b>　　圖5-5</b><

67、/p><p>　　5.3 PLC的輸入端子分配</p><p>　　PLC輸入端分配表如下： </p><p>　　PLC端子輸出端分配表：</p><p>　　5.4 注射機的電氣控制系統(tǒng)設計</p><p>　　5.4.1電氣系統(tǒng)工作方案</p><p>　　此次設計主要方案是利用PLC來進行

68、控制，利用PLC的內部軟元件和邏輯控制方式，實現(xiàn)注射機各個工序動作的順序控制，同時通過傳感器的信號反饋，對整個工作流程進行調節(jié)與控制。具體的方案與</p><p><b>　　工作流程設計如下</b></p><p>　　1.合模： 當注射機開始工作時，PLC發(fā)信號給伺服電機，啟動電機，帶動定量泵給注射機液壓系統(tǒng)持續(xù)供油。第一個注射工序是合模動作，1Y得電，合模缸動作

69、，先是慢速合模，當?shù)竭_一定位置時，電磁閥3Y得電，合模液壓缸形成差動連接，加快合模速度，當接近定模板時，3Y二位四通閥斷電復位，合模速度減慢，慢速低壓鎖模，時間設定為1秒，到達電子尺設定位置后，進入高壓鎖模。待鎖模動作完成后，電子尺發(fā)出信號，顯示鎖模完成，進入下一個動作。</p><p>　　在合模動作中，根據(jù)速度要求不同合模行程分成四段，為慢速，快速，低壓鎖模，高壓鎖模。在合模過程中，合模裝置上的合模電子尺不斷

70、的將位置信號轉換成電壓信號通過4AD模擬量輸入模塊將動模板的位置發(fā)給PLC，PLC將合模電子尺發(fā)來的信號與PLC程序內設定好的各段位置數(shù)據(jù)進行對比，當電子尺反饋的位置信號與設定值一致時，PL改變發(fā)送給伺服驅動器的脈沖頻率，通過改變伺服電機的轉速來改變泵的排出流量，進而改變合模速度。 </p><p>　　在低壓合模時，PLC內部設置一個計時器進行計時，如果在預定時間內，動模板沒有到達電子尺上設定的位置，那么

71、發(fā)出合模異常報警。</p><p>　　2.注射座前移： 合模電子尺發(fā)出鎖模完成信號，合模缸斷電復位到中位,PLC發(fā)出信號給注射座缸，7Y得電，注射座缸以恒定速度推動注射座前移，直到觸碰到側的設定好的行程開關，注射座三位四通閥斷電，注射座減速至停止移動，完成座移。</p><p>　　3.注射： 當座移缸完成前移動作后，注射座缸前進方向的的行程開關令注射座缸中位換向閥斷電鎖緊外，,電磁換向

72、閥9Y得電，開始注射，按照注射材料和產品的不同而分成多段不同壓力的射膠段，設計中設定為常用的三段射膠+保壓段，當螺桿在注射缸的作用下注射完成后，射膠電子尺發(fā)出位置信號給PLC，9Y失電，11Y得電，液壓馬達開始進行預塑動作。</p><p>　　三段注射的位置劃分可以根據(jù)產品的重量，用重量計算法劃分出3段射膠的位置，然后利用注射機實際射膠狀況進行微調。在射膠時，射膠電子尺通過模擬量模塊實時反饋注射位置給PLC,注

73、射缸活塞以設定好的速度進行第一段射膠，當?shù)竭_二段注射位置時，因電子尺反饋回來的電壓信號與PLC程序設定值相一致時，改變PLC對伺服驅動器的輸入脈沖頻率，從而通過改變伺服電機的轉速改變泵的排量，以達到改變注射速度的目的。三段注射之后，還要再行進一小段距離，即進行保壓，保壓時間由PLC程序設定計時器決定，目地是使熔融的原料充滿模腔。</p><p>　　4.預塑：當保壓時間結束之后，在注射保壓結束之后，程序進入下一個

74、階段，PLC改變脈沖頻率，同時對預塑三位四通電磁換向閥發(fā)出信號，11Y得電，液壓泵帶動預塑馬達，以設定好的速度進行預塑。在注射缸的回油路上設置了一個可調節(jié)的溢流閥，即設定背壓壓力，當螺桿轉動，始終把已熔化的輸送到螺桿頭部積累，當螺桿頭部的壓力大于設定的溢流閥壓力時，溢流閥導通，螺桿后退至射膠限位開關為止，然后8Y得電，螺桿直線后退一小段距離，防延流。</p><p>　　液壓馬達的預塑方式為前加料的方式，即在保持

75、噴嘴與澆口接觸的情況下預塑。</p><p>　　5.注射座后退：射膠限位開關發(fā)出信號給PLC，其他電磁閥失電，而連通注射座缸的三位四通閥6Y得電，注射座缸松退。</p><p>　　6.開模：注射座后松退后，合模裝置開模，開模速度為慢-快-慢，開模速度由PLC控制，同樣通過電子尺的位置信號來改變，控制方式和合模一樣，當動模板到達開模原點碰上開模限位開關后，停止下來。</p>

76、<p>　　7.頂出退針：開模之后，頂出電磁換向閥4Y得電，頂出制品，然后在PLC內部的頂出計時時間到了之后，頂出缸5Y得電退針。在PLC程序的頂出部分，設定一個內部計數(shù)器，每當頂出一次，計數(shù)器+1,并把信息顯示到操作面板。</p><p>　　5.4.3參數(shù)的設計與計算</p><p>　?。?）電子齒輪比的設定</p><p>　　由于需要進行定位控

77、制的注射缸與合模缸的的大小尺寸是一樣的，所以只需要參照注射缸或合模缸的參數(shù)進行計算，設定伺服電機電子齒輪比，具體計算如下：</p><p>　　由于伺服電機與齒輪泵是同軸聯(lián)結的，所以轉速相同，電機轉一圈，輸出流量為67.8ml/r，因此，電機轉一圈，注射缸的位移量是：</p><p><b>　　（5-2）</b></p><p><b&

78、gt;　　（5-3）</b></p><p>　　為了令系統(tǒng)快速的計算脈沖數(shù)，脈沖當量應設置為整數(shù)，設脈沖當量為： </p><p>　　則，設定電子齒輪比為：</p><p>　?。?-4） </p><p>　　因此，電機轉動一圈發(fā)出7458pls。</p><

79、p><b>　?。?）合模設定</b></p><p><b>　　圖5-6</b></p><p>　　合模動作遵循的慢-快-低壓-高壓四個動作進行運動的，合模的位置控制精度要求相對注射位置精度來說沒那么高，只需要可以起到快速平穩(wěn)即可，因此參考合模位置的 經驗數(shù)據(jù)，即0-15%，15%-80%，80%-99%，高壓段近似與0，進行位置

80、設定。位置分別為:40mm,280mm,319mm,320mm。已知合模速度為0.03m/s,所以PLC的輸出脈沖頻率計算如下：</p><p><b>　　慢速時：</b></p><p><b>　　（5-2）</b></p><p>　　快速時，在維持原來速度不變的情況下，在液壓系統(tǒng)中采用了差動連接，可以更快速的加快

81、合模速度；</p><p>　　低壓時，低壓合模的作用是檢查動模板與定模版之間是否存在異物，速度要求低，因此直接采用伺服電機的基底速度1000hz；</p><p>　　高壓時，動模板已進入完全鎖模位置，需求高壓進行完全鎖模，因此PLC輸入最高脈沖頻率100KHz。</p><p><b>　?。?）注射位置設置</b></p>

82、<p>　　注射裝置有兩處參數(shù)需要進行設置，一個是各級的注射位置切換點和保壓點，這個需要根據(jù)生產的產品的體積和注射工藝分級注射，利用重量計算法進行詳細劃分，以三級注射為例，第一級射膠行程的計算公式為Li=Si=Vi/0.75Ds( Li:注射形成；Vi：理論注射容積 Ds：螺桿的直徑);第二級注射行程一般是從第一級注射成型達到制品的83%階段，第三級注射剩余的90%，最后的保壓為剩余部分。將產品容積進行換算成螺桿的距離。<

83、;/p><p>　　5.4.2電氣系統(tǒng)電路設計</p><p>　　在電氣系統(tǒng)中，主電路的主要的供電對象是PLC，伺服驅動器和感應加熱電源以及部分交流繼電器，其中PLC需要的是AC220v，因此只要接三相電其中兩相即可。除此之外，由于控制信號大部分24V，因此，主電路中的分支中，還應串入一個DC24V電源開關，以提供控制電源。主電路設計見附圖。</p><p>　　由于

84、選擇的PLC型號為FX3U-64MT晶體管漏型，因此在控制電路中，為防止因元器件的故障而導致PLC端子損壞，那么PLC輸出回路應串聯(lián)一個中間繼電器。 </p><p>　　供電方面，PLC端子主回路信號的輸出端選用的交流220V繼電器，控制回路信號選用直流24V繼電器，詳細電路圖見附圖。</p><p>　　5.4.3工作模式設定</p><p>　　LED配光器

85、件注射機的設計中，系統(tǒng)的工作模式設定有兩個方式，即自動循環(huán)工作模式和手動調試工作模式。當采用手動調試工作模式時，只需通過操作面板的按鈕開關，就可以控制注射機的不同裝置進行動作，如合模、座移，注射，預塑，頂出等動作。當選擇為自動循環(huán)工作模式時，即像6.1.1所描述的流程一樣，進行自動循環(huán)的工作。</p><p>　　5.5注射機的溫度控制系統(tǒng)設計</p><p>　　5.5.1注射機加熱方式

86、 </p><p>　　此次設計中，注射機的溫度加熱形式為3+nozzle，即將料筒劃分成三個上限溫度不同的溫度區(qū)聯(lián)通噴嘴進行加熱，每個溫度區(qū)恒溫范圍均不重疊。注塑機采用電磁感應加熱的方式，利用電磁加熱線圈配合三菱的PID指令和溫度輸入模塊來對料筒和噴嘴實現(xiàn)溫度控制。</p><p>　　目前，注射機采用的加熱方式主要有兩種，即電磁加熱圈和電阻加熱圈。</p><p&g

87、t;　　電磁加熱線圈是通過電磁感應電源，將電路中的AC220V進行整流濾波和逆變，變成高頻交變電流，進而實現(xiàn)高頻交變電流轉和高頻交變磁場在料筒上不斷的進行轉換，從料筒內部發(fā)熱的加熱設備。</p><p>　　傳統(tǒng)的電熱圈是屬于電阻絲加熱，通過加熱纏繞在料筒外側的電熱絲，利用料筒外表面金屬導熱的特性來進行加熱。但由于電熱圈與料筒的接觸面只有與料筒接觸那一部分，因此只有那一部分的熱量才能有效率的傳遞到料筒上，因而電熱

88、絲的絕大部分熱量都是散失在周圍的空氣中，有著極大的熱量損失，而且還會致使注射機周圍的環(huán)境溫度上升。同時，電熱圈的加熱區(qū)不能太密集，否則會造成溫度區(qū)之間相互影響，因此無法在需要溫度變化區(qū)較多、較密集的加熱場合進行運用。</p><p>　　電磁加熱圈與電電阻熱圈加熱相比，由于電磁加熱圈自身并不發(fā)熱，因此不存在著熱量大量散失和導致工作環(huán)境升溫的問題，并且有著較高的功率密度，同時結構簡單，維修方便，工藝成本也較低。目前

89、，絕大部分現(xiàn)塑料制品生產企業(yè)都在逐漸對原有的電熱圈加熱方式進行改造，改成電磁加熱圈，以此來節(jié)省電力成本。</p><p><b>　　圖5-7</b></p><p>　　5.5.2溫度控制系統(tǒng)設計方案</p><p>　　此次設計的Led配光器件注射機的溫度控制系統(tǒng)是采用以感應加熱電源為加熱源，利用PLC與溫度模擬量輸入模塊相結合的PID控制

90、方式，對注射機的料筒溫度的進行實行檢測與控制。根據(jù)物料狀態(tài)和工藝，將注射機的料筒劃分為三個不同的溫度區(qū)，并利用三菱PLC通過控制固態(tài)繼電器的通斷，來控制這三個溫度區(qū)的升溫冷卻。同時，利用PLC內部的PID指令配合三菱的溫度控制模塊和K型熱電偶，實時監(jiān)測控制料筒三個溫度區(qū)的溫度。電磁感應加熱電源的開啟與關閉由主控制PLC來控制，詳細電路見附圖。</p><p>　　設計原理，利用三菱PLC的PID運算指令，通過溫度

91、控制模塊和熱電偶采集采集溫度數(shù)據(jù)，并與內部設定的數(shù)值進行運算，當有偏差量出現(xiàn)時，即設定值減去采樣值的平均值時，值不為0，那么分為三種情況，當比較值大于K0時，固態(tài)繼電器接通，感應電源線圈繼續(xù)加熱該溫度區(qū)；當比較值小于K0或者等于K0時，固態(tài)繼電器斷開，該溫度區(qū)達到系統(tǒng)的要求溫度。同時，在料筒外部加上一層保溫棉，可以更有效的防止料筒的熱量散失。</p><p>　　本設計溫度控制的重點在于PLC內部PID運算指令的

92、參數(shù)調節(jié)，PID指令的表現(xiàn)形式主要參數(shù)設置為：</p><p>　　在PID參數(shù)設定時，一般參考經驗數(shù)據(jù)進行初步參數(shù)設定，然后做仔細調整。</p><p>　　第六章 控制系統(tǒng)程序仿真</p><p>　　第七章 LED配光器件注射機界面設計</p><p><b>　　注射參數(shù)設定界面</b></p>&