注塑机简易电控系统毕业设计

绪论LED 灯被称作为新世纪的第四代光源，有着无污染、低发热、高亮度、使用寿命长等特点，现在已经开始逐渐在多个领域得到应用，如广告显示屏，灯饰照明等，是目前最有发展前景的绿色照明光源。在中国，从上个世纪 70 年代开始，LED 行业逐步的得到较快的发展，到现在为止，经过 40 多年的时间，中国已经成为全球最大的 LED 产品生产国和出出口国。而 LED 产业也在发展中不断得到细分，已经从一开始单纯的半导体生产发展到了，从照明光源到 LED 配光器的完整的产业链。在 LED 产业链中，LED 配光器件属于 LED 的配套产业，也是 LED 照明的重要组成部分，其性能的好坏对于 LED 的照明效果有着很大的影响。配光就是为了某种目的对灯具发出的光进行强度的配置，LED 配光器件可以有效的提高 LED的光学效果。在配光器件中，常用的配光器件有三类，分别是透镜和反光杯、折光板。通过配光器件，可以有效的增强 LED 的光学照明和减少 LED 的功耗，从而节省能源消耗。上述配光器件的生产制造所用的设备均为注射成型机，因而注射机的生产精度和稳定性对于配光器件的品质是有很大影响的。目前，国内大部分的正在使用的注射成型机，都是通过继电器-接触器进行触点开关量控制，但这种控制方法不但线路复杂，而且属于开环控制，受外部因素干扰较大，系统精度较低，因而已经逐渐被市场所淘汰。而另外一种比较先进的，全电动类型注射机由于成本较高，且主轴寿命较短，需要频繁更换而没有得到大范围应用。目前，国内市场上新生产注射机都已经逐渐采用运动控制系统，从而达到对整个工艺流程进行自动化控制的目的。在本次设计中，为保证注射成型过程中，可以有效的控制工艺参数控制证，并且可以在一定程度上的保证成本的控制，因此采用PLC 作为 LED 配光器件注射机的控制器。PLC 控制系统是通过检测信息的反馈和开关量通断，来进行程序动作的输出，从而实现对于目标系统的控制，并且配合各类模拟量模块可以对目标系统的实现闭环控制。 第一章 注射机概述与发展1.1 注射成型技术注射成型是指将具有热塑性或者热固性的材料,在预塑加热熔化后，在一定的注射压力，将已融化的注射材料注入到准备好的模具型腔中,经冷却后,得到成形塑料制品的一种塑料加工方法。注射成型的特点是:可通过一次注射成型就获得结构较为复杂的制，并且能够确保良好的尺寸精度以及表面光洁度;注射成型模具可以快速更换,对产品的多样化有着很好的适应能力,当需要生产不同产品时，仅需要更换注射模具;注射成型的生产过程是一个相互循环的过程,通常分为合模、注射、保压和预塑四个主要阶段。1.2 注射机概述在塑料加工行业中，注射成型机是投入应用最为广泛的加工机械，在日常生活中所接触到塑料制品，有很大一部分就是通过注射成型得到的，例如插座外壳，塑料灯罩等等。近年来，由于诸多行业对于注射成型产品的需求的快速增长，例如电器行业，医药行业，汽车行业等，注射成型技术得到大量的投入与研究，从而推动了注射成型设备的快速发展。注射成型机工作过程是通过注射装置将料筒中已经处于熔化状态的材料以一定的压力和速度注射到已闭合锁模的模具中，从而生产出各种形状的塑料制品。正如前面所述，国内的注射成型机从控制系统分类可以分为三种，分别是继电器控制型、PLC 控制型和 PC 机控制型。继电器控制型注射机主要是通过继电器的触点开闭，来切换电磁换向阀的得电和失电，进而来切换注射机液压系统中各个回路的接通与方向，从而形成一个开环控制系统。这样，注射机就会根据已经设定的加工工艺数值，进行开环控制，设定参数数值如合模时间、注射速度、加热温度等，但是注射机只会注射过程中按设定数值进行，一旦出现误差，并不能进行自我调整。同时，因为继电器控制型注射机是采用继电器组成控制系统，导致了系统中存在着众多的控制触点，线路复杂，一旦出现故障，就会出现检修困难的情况。而且继电器的响应速度较慢，对外部的抗干扰能力差、组成的控制系统控制不够精确。 所以，继电器控制型的注射机已经逐渐被淘汰出市场了。 PLC 控制型和 PC 机控制型的注射机主要是通过外部电子元器件的输入信息来进行程序动作的切换，从而输出控制信号来控制注射机的液压系统，并通过传感器的负反馈信息对系统参数进行自我调整，形成一个闭环控制。这两种类型的注射机由于是闭环控制方式，因而可以通过将设定值与实际值进行比较，得出偏差，并对偏差进行消减，使系统误差保持在最低水平。因而闭环控制系对于外部干扰的抵抗能力较强，可以在误差出现之后，进行系统自我的修正，从而拥有较高的系统控制精度。相对来说，可编程控制器型和计算机控制型本质上是一样的，都属于微机控制范围，只不过 PLC 是属于通用型，计算机指专用型。所以，针对于生产多个产品的制造商，可编程控制器（PLC）因为适应能力强，适合大批量生产，具有高可靠性等优点，国内很多注射机都广泛采用了 PLC 控制。1.3 注射机的发展趋势任何生产类型的机械的最后发展趋势,都是从原来的人工操作向着生产程序控制高度自动化的方向发展，注射成型机械也不会例外。注射成型机的自动化就是将注射成型过程中的各个工序动作，如加料、加热温度控制、开合模和注射速度注射压力及注射制品的顶出取件等，进行自动循环的控制，从而实现注射成型设备的高速高响应的自动化生产。同时，在面对日益多样化的生产需求，注射机在节能、高效，快速响应和精密控制等方面也有了更高的要求。尤其是节能方面，不仅能够降低能耗,而且可以优化系统,增加系统可靠性。注射机的能耗主要体现在三个方面，分别是液压系统、冷却系统、加热系统。其中，液压系统所耗费的能耗是最多的，多是消耗在各个机械能转换为液压能或这是液压能转换为机械能的环节。再过来就是加热系统的能耗，由于传统的注射机采用电阻丝加热，除了与料筒接触的内侧的热量被有效利用外，大部分都是通过空气消散掉了。因而，从目前节省能耗的角度出发，必然是从这三方面进行技术改造。第二章 注射机的组成注射成型机主要的系统有四个，分别是注射系统，合模系统，液压系统，电气控制系统，它们负责完成了注射成型绝大部分工艺动作。2.1 注射机的注射系统注射系统的主要工作是在设定的时间内，将固态状的原材料进行预塑融化，使之变成流体状态的熔融物料，然后以一定的压力和速度将预定计量的物料注入到模具的形腔内。并且在原料完全注入模腔后，继续对注射模腔施加注射压力，从而确保产品冷却缩小的部分可以得到补充，同时还可以起到排除模腔气体，消除产品内小气泡的作用。因此，注塑机的注射系统应该具有良好的塑化、注射和保压的功能。注射机的注射系统的主要是由注射装置、预塑计量装置等装置组成的。注射装置，顾名思义，其作用就是注射原料，主要部件有螺杆、料筒和止逆环。螺杆起到输送物料和剪切加热物料的作用，是注射机的重要部件。止逆环设置在螺杆的头部，起到防止熔体倒流的作用。预塑计量装置，其作用主要是计量下一次注射原料的注射量，并且对原料进行塑化加热，主要部件是预塑马达和液压系统中的背压溢流阀，前者是进行预塑的执行元器件，后者则是起到注射量计量的作用，当螺杆头部的储料压力大于背压溢流阀溢流压力时，溢流阀导通，注射缸溢流后退，预塑马达停止预塑。注射装置中，最主要的就是螺杆，螺杆的性能好坏对于一台注射机来说，至关重要。因此在设计中，采用往复式标准 B 式螺杆，因为 B 式螺杆结构相对简单，而且紧凑，有着良好的塑化能力,在注射和预塑方面都可以得到较好效果。2.2 注射机的合模系统合模系统的主要功能是有两个，第一个是基本功能，即实现模具启闭动作，并顶出制品；第二个是确保动模版和定模版的可靠的锁模，因为在进行制品注射时，注射模具腔体内有着相当大的压力，如果合模系统的锁模装置不能给予模具足够的锁模力，那么模具极有可能在模腔内部的压力下被打开。合模系统主要组成部分有动模板、定模板、锁模装置、顶出装置和调模装置等组成，其中，锁模装置主要是利用曲肘连杆机构的死点位置将锁模力进行放大，一般单曲肘连杆结构的力放大系数为 10。2.3 注射机的液压系统注射机的液压系统主要是通过主回路，对系统中的压力和流量进行有效的调节，然后利用各条分回路进行执动作的执行。液压系统中的主要零部件有液压泵、压力控制阀、流量控制阀、电磁换向阀、过滤器和压力仪表等元件。液压系统的主要作用是在电气系统的控制下，各个液压回路按照注射工艺流程过程的动作程序进行顺序动作，从而达到准确的动作控制。 . 2.4 注射机电气控制系统注射机的电气控制系统是注射机系统中的重要组成系统, 电气控制系统的性能优劣对注射制品的质量有着很大的影响。注射机的电气控制系统相当于人类的大脑，负责对注射机的各个工艺动作进行控制和调整。其主要的作用有：1、控制电机驱动液压泵，精确的给每一个工序步骤的提供动力；2、控制注射机的注射温度，使其保持在一个恒定的范围；3、根据程序，按照工艺顺序，控制各个执行机构执行相应的顺序动作；4、对注射机系统的偏差进行修正，减小生产误差，保证产品的重复性；5、控制电源的通断，保证各个设备的供电稳定；注射机电气控制系统系统主要组成部分有：顺序控制器部分；电动机及其控制部分；温度控制部分；2.4.1 顺序控制器顺序控制器是注射机电气控制系统最关键的部分，注射机通过顺序控制器不断的发出控制信号，控制注射机的各个执行机构，如电磁换向阀，温度加热器等，使其按照工艺流程的要求，进行顺序动作切换或将某个工艺参数维持在某个范围。常用顺序控制器有工业计算机、可编程控制器和电子微机三种。2.4.2 电动机注射机所采用的电动机一般为两类，一种是传统的注射机采用三相异步电动机作为动力源，优点是价格低廉且结构简单，可靠，使用寿命长，缺点是三相异步电动机转速控制精度低；一种是采用伺服电机作为动力源，优点是可以精确的调整转速来改变液压回路中的流量和压力，缺点是价格相对于三相异步电机要昂贵，而且需要经常维护保养。2.4.3 温度控制(1)料筒温度注射机的料筒是注射机的主要加热场所，注射机的加热器通过加热料筒，使料筒内的原料熔化，并根据原料的熔化状态不同，将料筒划分成用多个加热温度不同的温度加热区并加以控制调节。注射机料筒温度的控制是注射机温度控制系统的重要部分，因为料筒的原料都一个恒定的熔化温度范围，如果加热温度超过材料熔化温度上限，那么料筒中的原料有可能会因加热过度而产生分解变质；如果加热温度达不到原材料的最低熔化温度，那么就会导致原材料塑化加热不良，进而影响生产的产品质量。注射机的料简加热方式主要有两种，一种是利用电热圈进行加热，一种是利用电磁感应圈进行加热。(2)喷嘴温度控制与检测注射机的喷嘴温度在温度控制中是属于要求较高的部位。如果喷嘴处的加热温度不够高，那么会致使原料在喷嘴处冷凝，影响原料的注射，严重点的还会导致喷嘴处被冷凝的原料堵塞，使注射机出现注射故障，导致注射机因注射超时报警停机；反之，如果喷嘴处的加热温度太高，那么则有可能导致外延流现象的出现，从而使产品废品率增加。(3)模具的温度控制模具温度控制一般采用注射机的外围配套产品实现，最常用就是模温机。模温机对模具温度的的保持和冷却通常采用水加热冷却的方式，利用管道将高温水气和冷凝水进行循环交替的利用，利用冷凝水吸收热量变成水蒸汽的方式来使模具腔体内部的产品快速冷却，然后又利用高温的水蒸汽来对下一个流程制品进行保温。但是，为了保证模具腔体内各处温度的可以均匀变化，那么模具内部管道的布设一定要合理均匀覆盖。(4)液压油温度控制与检测注射机的液压系统的液压油温度对于整个注射机系统的稳定性和有着重大的关联。如果液压系统中的液压油温度太低，那么液压油的黏性会增强，导致液压系统在运行过程中出现震动、噪声等现象；反之，如果液压油的温度太高，那么会降低油的黏度，导致液压油的容积出现波动和系统压力的变化较大。 第四章 液压系统的设计4.1 注塑机液压系统的设计参数表 4-1 注射机设备锁模力对应的机械设计参数如图 4-14.2 注塑机液压系统设计要求（1）注射机进行开合模运动时，要求过程速度平稳，没有波动，动模板和定模板闭合时尽量减少或者消除刚性冲击；（2）合模完成后，锁模机构应保持足够大的锁模压力，防止在注射机在向模腔注射原料时，因模腔压力过大而产生产品溢边的现象，从而产生次品；（3）当预塑进料时，注射机螺杆转动，原料在融化后，逐渐被推到螺杆的前端，这时，螺杆同注射机构在螺杆头部原料的压力作用下会产生向后移动的倾向，为了令螺杆头部的原料保持一定程度上的密度，那么在液压系统内，就必须设定相应的背压压力；（4）为保制品的品质，注射结束后,液压系统要设有一定时间的保压过程；（5）为了保证安全生产，系统应该设有安全联锁装置，例如在安全门的内侧设立行程开关，门不关闭，系统无法运行等等；4.3 注射机液压系统的设计方案传统的注塑机液压控制系统的工作方式主要是三相异步电动机带动两个普通的串连在一起的定量泵或者变量泵，通过溢流阀、节流阀和电磁方向阀等常规液压元件构成各式液压回路来进行工作的。并且，通过调节注塑机液压系统内溢流阀和节流阀的设定值来改变注塑机注射过程中的压力和注射速度,通过接触器和时间继电器来控制各个电磁开关阀的得失电,来实现各个工艺过程循环有序地工作，传统的注射机液压系统如下图 4-2： 图 4-2 传统的液压系统虽然结构简单可靠,价格低,维修方便,但是因为传统的系统只能实现开关控制,且注射精度太低,对于配光透镜类的产品，传统的注射机已经不能满足各类配光器件的工艺要求,并且由于控制回路流量的溢流阀在工作状态下基本都是处于溢流开启状态,导致液压油大量溢流损耗，降低能源的利用率。注射机的注射制品质量度主要是由下面几点来决定的：一是注塑机的本身所能达到注射压力和注射速度，二是合模系统是否具有足够大的刚性和和合模系统本身的锁模精度，三是注射机电气控制系统对注射过程中，存在的压力、流量、温度等参数的控制与调节。因而，在本次注射机的液压系统设计上，采用的是电液复合的液压控制方式，即主要以伺服电机驱动定量泵的形式,通过对伺服电机的转速进行调整，从而调节系统的流量来满足负 载所需的压力与流量。系统的控制见下图 4-3： 图 4-3 4.4 液压系统方案和液压原理图4.4.1 液压系统方案(1)液压系统各执行机构的确定在液压系统中，除了螺杆预塑动作外，其它顺序动作的执行机构均为直线往复运动，且均采用单杆双作用缸直接驱动执行机构,而预塑动作则是由螺杆则用液压马达驱动。合模系统则采用曲柄连杆机构，此机构可将液压缸的锁模力放大，力放大系数与连杆的数量有关，单杆的放大系数为 10，双杆为 20。同时，在合模系统中，设定一个二通四位换向阀，实现合模液压缸差动连接，加快合模速度，实现快速合模。(2)动力系统的确定本次设计的动力系统为利用伺服电机直接驱动定量泵，同时配合闭环控制，提高系统的注射制品的良品重复率,并且不但操作简单，而且还满足了节能环保的要求。(3)安全互锁方案在系统中设有安全门