CN1013032B - 用于控制具有可动部件和静止部件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在诸如注模机和压铸机之类的机器中，包含有一个可动部件和一个静止部件，它们在工作过程中要相互啮合和分离，为使可动部件以大致零速度和静止部件相啮合，在一个特定时刻发出一个减速指令给可动部件的驱动电机，该时刻由可动件的实际速度和所预料的可动件开始减速到停止之间的距离二者的关系所确定。

Description

本发明是关于控制一台包含有可动部件和静止部件机器中可动部件的方法和设备，特别是关于一种控制注塑机和压铸机、从而使可动部件向静止部件推进时或在注入管嘴向静止模具推进时，能以高速相互啮合而设有冲击的方法和设备。本发明将以注塑机为例进行说明。

图2所示为本发明可以适用的一台注塑机的基本结构。图2中电机7和13固定在箱体40上，电机7用于树脂的注入、填充及计量，而电机13用于模具的夹紧和管嘴的推进。齿轮41和42安装在电机13的轴13A上，而齿轮43和44则装在电机7的轴7A上，通过操纵分别装在轴7A和13A端部的离合器45和46可以传送或不传送齿轮41～44的驱动力。电机传动轴47A和48A支承在箱体40上，通过控制离合器47和48可将驱动力传递给它们或不传递给它们。齿轮49和50安装在轴47A上，而齿轮51和52则装在轴48A上。驱动轴30A支承在箱体40上，它驱动一个可动金属 模具30C（见图1），由其构成一个具有内空腔的金属模具30。至箱体40的内部，在轴30A上安装有齿轮32～34，通过位于轴30A一端的离合器901将驱动力传递或不传递到轴30A上。齿轮36安装在驱动轴30上，位于左侧箱体35中，用于通过齿轮37驱动工作轴38，使模具支撑部件39沿导向杆38A和38B滑动，从而使可动金属模具30C相对于静止金属模具30B作往复运动，便模具闭合或打开。此外，在箱体40中还有一个连接着螺杆1的轴1A，齿轮50安装在轴1A上。齿轮55安装在轴54上，它通过轴承54支撑在齿轮53上。

上述注塑机的工作过程如下：它重复进行一连串操作，包括可动金属模具30C向静止金属模具30B推进，压力提升以增加模具的夹紧力，管嘴5向静止金属模具30B推进，向金属模具注入熔融树脂，计量并冷却使树脂塑化，管嘴5朝箱体40缩回，减压，开模，排出已在金属模具中铸出的产品。图2示出该注塑机的初始状态，为有效的夹紧模具及提升压力，电机13通电，它通过齿轮41、33和一个图上未画出的中间齿轮驱动轴30A，然后经过齿轮36和37驱动轴38使可动金属模具向前推进。当可动模具停止且模具被夹紧时，离合器901松开使驱动动力不能由齿轮33转递到齿轮36上来，在此同时，离合器45与47转换，仅使轴47A旋转，使箱体40向金属模具推进，从而使管嘴5向静止模具30B推进，管嘴5通过电机13反转而退回，而模具的打开则受电机13以夹紧模具时相反的方向旋转时作用，从而使可动金属模具30C退回。

当管嘴5向静止模具30B移动时，螺杆1旋转，将料斗3中的树脂4输送到注入筒2中，此时树脂复加热器加热（未画出），搅拌，混合，被塑化。由于圆筒2中树脂6的压力，螺杆1受到箭头N所示的方向向后的推动。注塑机如此结构使空气不会通过料斗3而吸入圆筒2及管嘴5中，从而能对树脂精确计量。当控制电机13的速度使固定在支座39上的可动金属模具30C与静止金属模具30B夹在一起时，可动金属模具30C向静止金属模具30B推进，在可动金属模具30C与静止金属模具30B足够接近时，控制就被切换为压力控制。在啮合之后，二块金属模具就在预定的压力下相互紧合在一起。但是在什么位置和什么时候速度控制转为压力控制则是未确定的，而且在由速度控制转为压力控制时，速度或压力将不是连续变化的。此外，若在可动金属模具30C与静止金属模具30B相啮合时，可动金属模具30C的速度太大，则二只金属模具均会由于大的冲击力而损坏，因为二者都是由硬金属制成的。由于冲击力而引起的振动还延长了二块模具完成在预定压力下啮合在一起的时间间隔。若在振动减小为零之前施加以一个制动力则会造成不完全的啮合。再进一步说，除非在啮合时的速度为常数，否则模子的夹紧力会变化。

同样，在管嘴5向金属模具30推进时，电机13的速度控制器15的控制，在可动金属模具30C十分接近静止模具30B时，这种控制就转换为压力控制。然而在这样的控制中存在着这种问题：在速度控制转为压力控制时，由于从速度控制转为压力控制的位置和时间不确定的，速度或压力不连续变化，这样当接触速度高时由于冲击，管嘴5和金属模具30二者都会损坏，同时由于冲击所引起的振动，管嘴和金属模具在预定压力下相互结合之前就要经历一个长的时间。另一方面，在振动完全衰减之前向管嘴5施加一个制动力，则就不能得到紧密的啮合。此外，除非管嘴速度不是常数，否则对金属模具的压力是变化的。

因此本发明的目的是要提供一种新颖的方法和装置，用以控制一种包含有可动部件和静止部件的机器，使其可动部件能够以高速向静止部件运动，并紧密地将可动部件和静止部件结合在一起而不产生撞击。

本发明的一个方面是提供一种设备，用于控制一台包含有一个可动部件和一个静止部件的机器，在这种机器的工作过程中，可动部件与静止部件要结合在一起又分开，它包含有几个步骤：使可动部件向静止部件以一个受到控制的速度运动，并在一个特定时刻向移动部件的驱动装置发出减速指令，这一时刻是根据可动部件的实际速度及预料的可动部件从开始减速到停止之间的距离二者之间的关系确定的。由此使可动部件的移动速度在其与静止部件啮合的时刻减小为零。

本发明的另一个方面是提供一种设备，用于控制一台包含有一个可动部件和一个静止部件的机器，在该机器的工作过程中及可动部件的驱动装置的工作过程中，可动部件和静止部件结合在一起又分开。该设备由这样一些装置组成：产生信号S1的装置，S1代表可动部件现在的位置与它跟静止部件以大致零速度相啮合那一点之间的距离;一个受驱动装 置驱动的位置传感器，它产生表示可动部件现在位置的信号Sf;一个产生表示目标距离信号Sn的装置;一个用于得到差信号（Sn-Sf）的装置;一个比较器，用于比较信号S1和差信号（Sn-Sf），当被比较的信号大致相等时就产生信号Vd;以及一个减速指令发生器，它根据信号Vd向驱动装置提供一个减速指令Vn。

附图中：

图1为注模机和一台本发明可适用的控制设备图;

图2为侧示图，带有部分剖视，表示图1所示注模机的结构细节;

图3为本发明所用控制系统的方框图;

图4为图1所示控制系统的方框图;

图5为用于说明图4所示控制系统工作的流程图;

图6a为用于特殊情况下的流程图，

图6b为用于一般情况下的流程图。

下面说明图1和图2所示的本发明的最佳实施例。

现在假设一个模具夹紧位置指令Sc，一个注模管嘴靠近位置指令Sn和一个螺杆位置指令Si顺序加到控制器15上。首先，在模具夹拢时，一个计算出的速度信号Vc加到电机（M1）13上，用于使可动模具30C在B方向朝静止金属模具30B以正常速度移动。电机13的转动经过齿轮41、55、33，驱动轴30A和齿轮36、37，传递到轴38上，从而使可动金属模具30C向前推进。在推进过程中，位置传感器14周期地探测轴38的轴向位置，以便向控制器15提供一个表示可动金属模具30C的位置S的反馈信号。这样，控制器15监督着可动金属模具30C的速度和位置。

在金属模具30如上所述夹住之后，当管嘴5向静止模具30B推进时，一个计算出的使管嘴5以正常速度推进的速度信号Vn被加到电机13上，它通过齿轮41和55驱动球螺杆11，从而使安装在支座10上的管嘴5向静止模具30B推进，支座10通过球螺母12而受球螺杆11驱动。在这一推进过程中装在电机13上的位置传感器14周期地向控制器15发送出表示球螺母12位置也就是管嘴5位置的反馈信号Sf。控制器15就这样监督着管嘴5的位置和速度。

随着管嘴5的前端顶到静止模具30B上，树脂就被注入金属模具内。此时，按照螺杆位置指令Si计算出的螺杆转动信号Ri加到电机（M2）7上，从而电机7使螺杆1转动。从料斗3送入圆筒2中的树脂4复螺杆1的剪切、搅拌，被塑化的树脂6就这样被充入圆筒2，然后注入金属模具中。由于圆筒2中的树脂6的压力，螺杆1向箭头N的方向退缩，这样就测得了精确的树脂量而避免了外部空气被吸入圆筒2中。连在电机7上的转数传感器8检测螺杆1的转数n，向控制器15提供螺杆转数反馈信号Rf。

这样，按本发明，因为进行了速度控制，可动金属模30C或管嘴5以高速推进，一旦在可动金属模具30C或管嘴5与静止金属模具30B相啮合之前或啮合之时，速度立即被减小为零，当可动金属模具30C或管嘴5以低速、低压与静止模具30B接触时，在接触时的冲击就小，并能够在短时间内保证完善的啮合。向静止金属模具30B推送可动金属模具30C或管嘴5的操作是由公共电机（M1）13通过开关离合器901实现的，由于控制操作的方法是一样的，下面将详细说明控制管嘴5向金属模具30推进的方法。

图3为用于说明本发明原理的管嘴5的工作特性曲线，其中横坐标表示时间t，纵坐标为管嘴5的速度V。在t时刻管嘴的速度为V₀。虽然在t₀发出了由特性曲线LL0所示的速度指令，但管嘴5的实际速度由特性曲线LL1所示，它示出速度在t₃时刻才成为零。图3中U表示减速度，ωc为速度回路增益。本发明的原理将参照图3所示的工作特性进行说明。管嘴速度被控制在V₀，其速度和位置按前述方法周期地受到监督。当管嘴5与金属模具30接触时的位置和管嘴现有位置之差等于某个特定距离时就开始减速，这个距离是指为使管嘴由现有速度减速到它在碰到金属模具30时正好为零所必须的距离。在t₀时发出特性曲线LL0所示速度指令，则只要管嘴5是按照这一指令运动的，在t₂时刻管嘴速度就会成为零。但是，由于管嘴5具有一定的惯性，实际的速度将如特性曲线LL1所示，因而管嘴5将在t₃时刻速度减为零时与金属模具30接触。特性曲线LL1在速度为零时的斜率与减速度u一样。由于在t₁时刻，在特性曲线LL2和表示恒速V₀的直线的交点C处时刻t₁等于速度回路增益ωc的倒数，速度V₁成为（V₀+u/ωc）。相应地在t₃时刻速度为（V₀/u+1 /ωc）。现在假定要在管嘴5和金属模具30相啮合那一点上使速度减为零所必须经过的距离为由点A、B、C和D所围成的面积S1，下面的等式成立。

$\mathrm{S1\; =}\frac{1}{2}\frac{V^2{}_o}{u}+\frac{V_o}{{\omega }_c}\mathrm{\dots \dots (1)}$

但由于管嘴5的实际移动是如特性曲线LL1所表示的，在t₀时的位置和速度实际减为零时的位置之间的距离对应于由直线AB和AD以及曲线LL1所围绕的面积S2。将直线DC、BC和曲线LL1所围绕的面积记为S3，我们就得到下面的等式

S2＝S1-S3……（2）

因此，当管嘴5和金属模具30结合前所经距离等于面积S1所对应的距离时发出减速指令，它总是能够使管嘴速度在与金属模具30接合之前减小为零，由于管嘴速度减小为零的时间是由速度回路增益ωc决定的，所以选择较大的速度增益ωc就可能使管嘴在一个较为接近于金属模具30的一点上减小为零。换句话说，当发出减速指令以使管嘴速度在接近金属模30的某点上减为零时，有可能使管嘴5在速度减为零之前就与金属模30接触，因而引起冲击。本发明的特点即在于当管嘴和金属模具啮合时使管嘴速度实质上减为零。在管嘴速度减为零之后，将控制由速度控制切换为压力控制，管嘴就能够稳定地向金属模具30推进而不产生任何冲击和振动。

在模具夹紧时，控制可动金属模具30C向静止金属模具30B推进的方法与上面所述相同。

应当明白，电机可以是直流电机也可以是交流电机，可动金属模具和管嘴的运动也可代之以球螺杆与球螺母，这些部件可由电机驱动沿着导向部件移动。

如上所述，按照本发明控制注模机的方法，由于可能使可动金属模具30C和管嘴的速度在可动金属模具与静态金属模具啮合时或在管嘴和金属模具30结合前减小为零，在啮合时的冲击或振动就可被有效地防止。此外，不管可动金属模具或管嘴的速度如何，产生的啮合力是恒定的，因而能够生产出质量一致的产品并减少了时间。

上文中，本发明是以注模机为例说明的，本发明也适用于压铸机，它与前者的区别在于倒入圆筒中的熔融金属是由一个活塞注入金属模具的。推而应之，本发明适用于任何包含有一个静止部件和一个可动部件的机器，其中可动部件以相当高的速度向静止部件推进和脱离。

现在要说明本发明的控制设备。

图4为图1、图2中所用控制系统的细节方框图。图4中框51为按等式（1）产生信号S1的发生器，信号S1是通过计算机在每个采样周期或采样脉冲内连续计算面积S1而得到的，框14对应于图1所示的位置传感器14，它产生代表可动金属模具现在位置的信号Sf并被用作反馈信号。框53为目标距离Sn设定器。在图3所示情形下，它对应于点A与B之间的距离或对应于时间t3，在此时可动金属模具或活塞的速度应降低为零。信号Sf和Sn加到减法器54上，得到差信号（Sn-Sf），它表示可动部件必须要移动的剩下的距离，信号S1和（Sn-Sf）加到比较器55上，而被比较的信号相等时它送出信号Vd到减速指令发生器56上以产生一个减速信号Vn加到电机13上。

现在回过来看图5所示的流程图，在101步计算机按等式（1）计算出减速信号S1，换句话说，为减速工作所需要的距离S1是由可动部件的速度和减速参数所确定的。在102步则写入位置反馈信号Sf，在103步按前述方法确定剩下的距离（Sn-Sf）。然后在104步检验是否S1＝Sn-Sf。当检验结果为“否”时，程序回到102步，再执行102与103步，而当检验结果为“是”时，在105步电机13即被减速到速度为零。

在图6a所示的用于特殊情形下的流程图中，在110步设定可动部件速度V和速度增/减量△V，然后在111步利用V和△V计算出S1，在112步设定目标距离Sn，在113步计算方程P＝Sn-Sf，在114步设定反馈信号Sf。此后，在115步检验是否P＝Sf。若检验结果为“否”，程序就转到114步，若检验结果为“是”，则在116步就向电机13发出减速指令。

图6b所示流程图适用于一般情形，在120、121、122、123和125步所执行的运算与图6a所示的110、111、117、114和116步分别相同。图6b所示流程图与图6a所示流程图不同之处在于124步检验S1是否等于（Sn-Sf），若检验结果“否”程序就回到120步，重新执行120、121、122和123步，当检验结果“是”时，在125步即发出减速指令。

Claims (9)

1、一种控制包含有一个可动部件和一个静止部件的机器的方法，在所述机器的工作过程中，可动部件与静止部件要相互啮合并分离，所述方法的特征是包括下列步骤：

所述可动部件以受控速度向所述的静止部件移动，且

在一个特定时刻向所述可动部件的驱动装置发出一个减速指令，该时刻由所述可动部件的实际速度和预计的由可动部件开始减速到停止之间的距离所确定，从而使所述可动部件在它与所述静止部件啮合时的速度减为零，所述减速指令是由可动部件的惯性所确定的。

2、按权利要求1中的方法，其中所述可动部件与所述静止部件分别由一台注模机的一个可动金属模具和一个静止金属模具所构成。

3、按权利要求1中的方法，其中所述可动部件和所述静止部件分别由所述注模机的熔融树脂注入管嘴和金属模具所构成。

4、按权利要求1中的方法，在所述可动部件与所述静止部件啮合时的位置与所述可动部件的实际位置之差等于某个特定距离时，发出所述的减速指令，该距离是为使所述可动部件的速度在它与所述静止部件啮合点上从实际速度减小到零所必须的距离。

5、按权利要求2的方法，进一步包含控制切换步骤，在所述可动部件的速度减小为零之后，所述注模机的控制从速度控制切换为压力控制。

6、按权利要求1的方法，其中所述机器包含压铸机，它包含有一个模具，一个注入熔融金属的浇铸管嘴，及用于使所述浇铸管嘴向所述模具推进的装置和使所述熔融金属浇铸入所述模具的装置。

7、控制一台包含有一个可动部件、一个静止部件的机器的设备，在所述机器的工作过程中，可动部件与静止部件要相互靠紧和分离，该机器还包含有所述可动装置的驱动装置，所述设备的特征是由下列装置组成：

产生信号S1的装置，S1表示所述可动部件的现有位置与所述可动部件跟所述静止部件以大致零速度相啮合时的位置之间的距离;

受所述驱动装置驱动的位置发送装置，用于产生表示所述可动部件的现在位置的信号Sf;

产生表示目标距离信号Sn的装置;

获得差信号（Sn-Sf）的装置;

比较器，用于比较所述的信号S1与差信号（Sn-Sf），当被比较信号大致相等时，产生信号Vd;

减速指令发生器，它响应所述信号Vd，产生减速指令Vn加到所述驱动装置上，所述减速指令是由可动部件的惯性所确定的。

8、按权利要求7的设备，其中所述信号被用作所述设备的反馈信号。

9、按权利要求7的设备，其中所述设备包括一台注模机，它由这样一些部件组成：一个可动金属模具，一个静止金属模具，一个注入管嘴，该管嘴用于将塑化的树脂注入由所述可动的和静止的金属模具夹紧在一起时所构成的空腔中，一个螺杆，它包含在所述管嘴中用于形成所述的塑化树脂;第一驱动装置，用于使所述可动金属模具与所述管嘴相对移动;第二驱动装置，用于转动所述的螺杆;所述设备还包含有一个由所述第二驱动装置驱动的转数传感器，用于产生代表所述螺杆旋转数的信号;一个将所述信号加到所述设备提供的控制器去的装置。

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