注塑机简易电控系统毕业设计

word文档可自由复制编辑绪论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4-34.4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,在合模系统中利用行程阀和插装阀配合,合模时，若安全门没有合上,插装阀的液控油口导通,导入压力油，插装阀处于关闭状态，合模缸无法通入液压油，合模不能开始。只有当安全门关闭,压下行程阀,使插装阀的液控油口通油箱,插装阀处于开启状态,合模动作才能顺利进行。4.4.2液压系统原理图图4-44.5液压系统主要参数的计算4.5.1注射装置的相关参数计算(1)注射缸的载荷力注射缸的载荷力是随着注射进程的不同而进行变换的，因此只需在最大注射压力的状态下，计算出注射缸的载荷力即可，则：(4-1)式中：d----螺杆直径，由给定参数可知d=36mm;p----最大注射压力，由给定参数可知;参考《液压与传动手册》取注射液压缸的机械效率为0.9，则实际作用于液注射液压缸活塞上的载荷力为：(4-2)(2)注射缸的活塞及活塞杆直径当熔融状态的原料充满模腔时，注射缸的载荷力达到最大值,活塞移动速度约等于0，且背压压力在注射状态下近似于无，则活塞直径：(4-3)取则活塞杆的直径取；式中：---系统压力，大小为14.5MPa(3)计算注射缸最大载荷时注射缸的实际压力注射缸的实际压力为：(4-4)（4）注射缸的流量计算已知注射可达到的最大注射速率，因而注射缸的注射速度为:(4-5)注射缸的流量：(4-6)4.5.2合模相关计算（1）合模缸的载荷力合模缸的最大载荷力出现在锁模时，根据已知注射机系统所需的最大锁模力为80t，且注射机的合模系统采用单杆曲柄摇杆机构进行锁模，其力放大系数为10，所以合模缸的的最大载荷力为80KN。（2）合模缸的活塞和活塞杆直径根据注射的生产对象和生产原料以及生产工艺，设预选合模缸的工作压力为5MPa，则活塞直径：(4-7)为方便设置伺服驱动器的电子齿轮比，故在满足最小直径的的情况下，取活塞直径为0.15m，则活塞杆直径则为d=0.7D=0.11m。则：合模缸实际工作压力为：(4-8)4.5.3注射座相关参数由于注射座在前移和松退时,只受到导轨的摩擦阻力和注射座本身的惯性力,作用，注射座所受到的最大推力出现在注射过程中喷嘴受到的反方向的注射压力。因此，注射座缸的最大推力应可以推动注射喷嘴与模具浇口进行紧密的接触，从而封闭注射流道，防止注射座在注射压力的作用下被反向推回。因而注射座液压缸的最大载荷力即为喷嘴的最大推力为3.3t，机械效率取0.9，则实际作用于注射座液压缸活塞上的载荷力为36.7KN。4.5.4预塑液压马达参数计算（1）预塑液压马达的转矩负载转矩为：(4-9)取液压马达的机械效率为0.9，则：(4-10)（2）液压马达排量由于液压马达流出液压油是通过冷却器冷却后直接回油箱,因而马达的出口压力相当于0，因此马达排量为:(4-11)（3）马达选型预塑马达通过带动螺杆转动进行加料预塑，所需转速不需要太大，因此参考同类型的注射机，采用低速液压马达，低速液压马达有着排量大，体积大，转速低等优点，并且可以与工作机构直接连接，不需要传动机构，减小了机械体积。在根据螺杆的最大转速与计算得出的马达转矩和排量后，参考《现代机械设计手册》中的液压传动与控制设计篇，选择JM31-E0.08型径向柱塞液压马达作为预塑马达。参数见表4-2。4.5.5液压泵的相关参数计算（1）液压泵的工作压力计算注射机液压系统在注射缸注射时的工作压力最大，为9.79MPa,从泵到注射缸之间存在一个换向阀,所以取泵到执行器之间的压力损失取0.5MPa，则液压泵的最高工作压力为：(4-12)（2）泵的排量计算由注射机的工作原理可知，液压系统在进行注射时，所需流量是最大的，根据上面的计算可得知最大流量，取泵的泄漏系数为K=1.1，则泵的最大流量为：(4-13)设定当注射机达到最大注射速度时，泵的最高转速为1500rpm,由此可计算出泵的排量为：(4-14)由液压系统的工作压力和泵的排量以及设定的最高转速，参考参考《现代机械设计手册》中的液压传动与控制设计篇，选取日本住友公司的QT系列内啮合泵，型号为QT52-50型内啮合齿轮泵，具体参数如下:表4-3第五章控制系统设计方案注射机的控制系统主要是由气系统和温度控制系统及液压回路控制系统三大部分组成的。其中电气控制系统是起到主题控制作用，温度控制系统的作用是对注射机温度进行恒温调节，液压回路控制系统则是起到令各个执行机构进行顺序动作，三者配合在一起，可有效的对注射工艺过程中，出现的压力、温度、速度、时间等参数进行调节与偏差修正。温度系统是建立在电气系统的基础上，利用温度传感器热电偶的反馈，通过控制器对加热目标进行恒温控制。LED配光器件注射机设计的控制系统的核心控制器为三菱可编程控制器，PLC通过模拟量模块FX2n-4AD和FX2n-4AD-TC进行模数数据转换，来接受位移传感器的信息反馈，从而使注射机除了按照工艺流程实现顺序动作之外，还能够对注射机的合模动作与注射动作进行精确位置控制，提高良品的重复率。在温度控制上，则是通过K型热电偶和温度模拟量输入模块，对料筒进行温度PID调节与控制，使温度保持在一个恒定的小范围内，尽量减少温度的波动。控制系统方案设计框图如下：图5-1LED配光器件注射机的各个电磁换向阀动作顺序如下表：5.1控制系统硬件选型5.2.1可编程控制器的选型可编程控制器型号选择的主要选择依据是PLC容量和PLC的性能，PLC容量分为两个方面，一个是I/O的点数，除了必须满足系统设计所需的输入输出口点数外，还需要留有部分I/O点数作为备用，以便在已使用的I/O点出现损坏后可及时更换，并且还可以给以后调整升级系统做准备，二是内部数据存储器ROM的容量，一般是根据当前的最大控制性能为标准进行选择，通常是在满足I/O点和控制性能的情况下，选择较大的容量。根据设方案所需要的I/O点数和加工工艺对控制器的要求，选择三菱可编程控制器系列中的FX3U-64MT/ES-A，晶体管漏型输出,内置32入/32出，供电电源为AC220V，是三菱公司的第三代微型可编程控制器，在原来的FX2n的基础上增强了多个功能，例如的增加了多条定位指令，多个高速脉冲输出口等。图5-25.2.2伺服电机选型注射机设计中，电动机的型号选择主要是根据液压的泵的最高工作转速和输入功率来确定的，因此根据设计经验，取液压泵的机械效率为0.95，传动效率取0.9，液压泵效率取0.95过载系数取K=1.1，泵的输出马力根据参数为11kw，则电机功率为：(5-1)根据所选择的PLC型号和计算出来的电机额定功率以及所设定的液压泵的最高转速，选择中大功率的三菱伺服电机HA-LP11K-55K2B型,带有内置18b（242144p/r）分辨率的增量/绝对式通用内置编码器。图5-35.2.3伺服驱动器选型由于选定的伺服电机为三菱HA-LP系列的电机，且控制器同为三菱的PLC，因此选择与伺服电机配套使用的三菱通用型伺服驱动器MR-J3-A。MR-J3系列的通用伺服驱动器是在MR-J2系列的基础上开发出来的性能更高、更能更丰富的交流伺服驱动器,与其配套的伺服电机编码器均采用了分辨率为262144pls/r的绝对位置编码器，速度频率响得到了较大的提高，从而拥有更高的控制精度。图5-45.2.4模拟量模块选择由于在注射机的控制中，需要对合模，注射等动作的位移距离进行定位，因而需要对位移测量反馈的模拟信号进行分析，所以在设计中需要采用模拟量输入模块，将传感器反馈回来模拟量信号转换成数字量信号后，将信息发送到PLC中进行分析比较。根据所采用的可编程控制器型号和位置模拟电压信号输入的个数，选用三菱的FX2n-4AD模块进行模拟量数字量的转换。三菱FX2n-4AD有四个模拟量输入通道，每个通道都可进行模拟量数字量转换，模块采集信号电压为-10V~+10V，分辩率5mV（1/2000）。电流输入时，为4~20mA或-20~20mA，分辩率20uA。FX2n-4AD占用FX2n扩展总线的8个点，耗电为5V，30mA。在温度控制中，注射机需要对料筒的多个温度区进行监控和进行温度调节，并通过热电偶反馈的电压模拟信号，进行信息量反馈一样，因此在了的配光器件注射机设计中，采用温度模拟量输入模块FX2n-4AD-TC进行信号换。图5-45.2.5电子尺选型在注射机中，对于位置精度要求最高的装置为注射装置，其次是合模装置，为了保证这两处的位置精度，一般都都会采用直线位移传感器，即电子尺。在本次设计中，参考同级别，同类型的注射机，采用拉杆式电子尺作为这两处的位置传感器。因而，参考市场上的品牌，选择上海星宇高科的KTC式电子尺，电子尺的输出电压信号为0-10v。开模最大行程为320mm，因此电子尺的行程应不小于最大开模行程的基础，因此合模电子尺的行程定位320mm，内置6mm作为缓冲。同理，螺杆的最大行程为150mm，则选取电子尺的行程为150mm，内置6mm缓冲·行程。同时，由于控制部分的供电电压为dc24v，故选择电子尺的最大容许电压为24v/1kΩ图5-55.3PLC的输入端子分配PLC输入端分配表如下：PLC端子输出端分配表：5.4注射机的电气控制系统设计5.4.1电气系统工作方案此次设计主要方案是利用PLC来进行控制，利用PLC的内部软元件和逻辑控制方式，实现注射机各个工序动作的顺序控制，同时通过传感器的信号反馈，对整个工作流程进行调节与控制。具体的方案与工作流程设计如下1.合模：当注射机开始工作时，PLC发信号给伺服电机，启动电机，带动定量泵给注射机液压系统持续供油。第一个注射工序是合模动作，1Y得电，合模缸动作，先是慢速合模，当到达一定位置时，电磁阀3Y得电，合模液压缸形成差动连接，加快合模速度，当接近定模板时，3Y二位四通阀断电复位，合模速度减慢，慢速低压锁模，时间设定为1秒，到达电子尺设定位置后，进入高压锁模。待锁模动作完成后，电子尺发出信号，显示锁模完成，进入下一个动作。在合模动作中，根据速度要求不同合模行程分成四段，为慢速，快速，低压锁模，高压锁模。在合模过程中，合模装置上的合模电子尺不断的将位置信号转换成电压信号通过4AD模拟量输入模块将动模板的位置发给PLC，PLC将合模电子尺发来的信号与PLC程序内设定好的各段位置数据进行对比，当电子尺反馈的位置信号与设定值一致时，PL改变发送给伺服驱动器的脉冲频率，通过改变伺服电机的转速来改变泵的排出流量，进而改变合模速度。在低压合模时，PLC内部设置一个计时器进行计时，如果在预定时间内，动模板没有到达电子尺上设定的位置，那么发出合模异常报警。2.注射座前移：合模电子尺发出锁模完成信号，合模缸断电复位到中位,PLC发出信号给注射座缸，7Y得电，注射座缸以恒定速度推动注射座前移，直到触碰到侧的设定好的行程开关，注射座三位四通阀断电，注射座减速至停止移动，完成座移。3.注射：当座移缸完成前移动作后，注射座缸前进方向的的行程开关令注射座缸中位换向阀断电锁紧外，,电磁换向阀9Y得电，开始注射，按照注射材料和产品的不同而分成多段不同压力的射胶段，设计中设定为常用的三段射胶+保压段，当螺杆在注射缸的作用下注射完成后，射胶电子尺发出位置信号给PLC，9Y失电，11Y得电，液压马达开始进行预塑动作。三段注射的位置划分可以根据产品的重量，用重量计算法划分出3段射胶的位置，然后利用注射机实际射胶状况进行微调。在射胶时，射胶电子尺通过模拟量模块实时反馈注射位置给PLC,注射缸活塞以设定好的速度进行第一段射胶，当到达二段注射位置时，因电子尺反馈回来的电压信号与PLC程序设定值相一致时，改变PLC对伺服驱动器的输入脉冲频率，从而通过改变伺服电机的转速改变泵的排量，以达到改变注射速度的目的。三段注射之后，还要再行进一小段距离，即进行保压，保压时间由PLC程序设定计时器决定，目地是使熔融的原料充满模腔。4.预塑：当保压时间结束之后，在注射保压结束之后，程序进入下一个阶段，PLC改变脉冲频率，同时对预塑三位四通电磁换向阀发出信号，11Y得电，液压泵带动预塑马达，以设定好的速度进行预塑。在注射缸的回油路上设置了一个可调节的溢流阀，即设定背压压力，当螺杆转动，始终把已熔化的输送到螺杆头部积累，当螺杆头部的压力大于设定的溢流阀压力时，溢流阀导通，螺杆后退至射胶限位开关为止，然后8Y得电，螺杆直线后退一小段距离，防延流。液压马达的预塑方式为前加料的方式，即在保持喷嘴与浇口接触的情况下预塑。5.注射座后退：射胶限位开关发出信号给PLC，其他电磁阀失电，而连通注射座缸的三位四通阀6Y得电，注射座缸松退。6.开模：注射座后松退后，合模装置开模，开模速度为慢-快-慢，开模速度由PLC控制，同样通过电子尺的位置信号来改变，控制方式和合模一样，当动模板到达开模原点碰上开模限位开关后，停止下来。7.顶出退针：开模之后，顶出电磁换向阀4Y得电，顶出制品，然后在PLC内部的顶出计时时间到了之后，顶出缸5Y得电退针。在PLC程序的顶出部分，设定一个内部计数器，每当顶出一次，计数器+1,并把信息显示到操作面板。5.4.3参数的设计与计算（1）电子齿轮比的设定由于需要进行定位控制的注射缸与合模缸的的大小尺寸是一样的，所以只需要参照注射缸或合模缸的参数进行计算，设定伺服电机电子齿轮比，具体计算如下：由于伺服电机与齿轮泵是同轴联结的，所以转速相同，电机转一圈，输出流量为67.8ml/r，因此，电机转一圈，注射缸的位移量是：（5-2）（5-3）为了令系统快速的计算脉冲数，脉冲当量应设置为整数，设脉冲当量为：则，设定电子齿轮比为：（5-4）因此，电机转动一圈发出7458pls。（2）合模设定图5-6合模动作遵循的慢-快-低压-高压四个动作进行运动的，合模的位置控制精度要求相对注射位置精度来说没那么高，只需要可以起到快速平稳即可，因此参考合模位置的经验数据，即0-15%，15%-80%，80%-99%，高压段近似与0，进行位置设定。位置分别为:40mm,280mm,319mm,320mm。已知合模速度为0.03m/s,所以PLC的输出脉冲频率计算如下：慢速时：（5-2）快速时，在维持原来速度不变的情况下，在液压系统中采用了差动连接，可以更快速的加快合模速度；低压时，低压合模的作用是检查动模板与定模版之间是否存在异物，速度要求低，因此直接采用伺服电机的基底速度1000hz；高压时，动模板已进入完全锁模位置，需求高压进行完全锁模，因此PLC输入最高脉冲频率100KHz。（3）注射位置设置注射装置有两处参数需要进行设置，一个是各级的注射位置切换点和保压点，这个需要根据生产的产品的体积和注射工艺分级注射，利用重量计算法进行详细划分，以三级注射为例，第一级射胶行程的计算公式为Li=Si=Vi/0.75Ds(Li:注射形成；Vi：理论注射容积Ds：螺杆的直径);第二级注射行程一般是从第一级注射成型达到制品的83%阶段，第三级注射剩余的90%，最后的保压为剩余部分。将产品容积进行换算成螺杆的距离。5.4.2电气系统电路设计在电气系统中，主电路的主要的供电对象是PLC，伺服驱动器和感应加热电源以及部分交流继电器，其中PLC需要的是AC220v，因此只要接三相电其中两相即可。除此之外，由于控制信号大部分24V，因此，主电路中的分支中，还应串入一个DC24V电源开关，以提供控制电源。主电路设计见附图。由于选择的PLC型号为FX3U-64MT晶体管漏型，因此在控制电路中，为防止因元器件的故障而导致PLC端子损坏，那么PLC输出回路应串联一个中间继电器。