欧姆龙立式注塑机高速化解决方案

作者:欧姆龙自动化(中国)有限公司 文章来源:MM《现代制造》 发布时间:2021-04-27
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在塑料工业迅速发展的今天, 由于注射成型工艺对各种塑料的加工有着良好的适应性, 能将外形复杂、尺寸精确及带有金属嵌件的质地密致等塑料制品进行一次性成型,且生产能力较高, 易于实现自动化, 因此注塑机在塑料工业生产中占有重要地位。

随着市场对于注塑机产品性能要求不断提高,注塑机将不断朝着自动化、节能化、智能化、无人化等方向发展。任何大小格局的变化都伴随着整个产业的调整和自适应,目前国内的注塑机在抗干扰性、可靠性、温度控制、精度等方面仍有不足之处。

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图1 面对注塑机市场发展趋势和复杂的生产要求,解决注塑机性能短板,需要通过超高速、高精度的机械控制系统

面对注塑机市场发展趋势和复杂的生产要求,解决注塑机性能短板,需要通过超高速、高精度的机械控制才能满足。而实现高速、高精度机械控制的基础,是诸如传感器、开关电源、PLC控制器、伺服电机、机器人、安全等制造所需要的欧姆龙所有商品群ILORS+P。通过这些商品,配合欧姆龙控制软件,在客户现场,我们与客户共创革新应用。这就是欧姆龙的 “integrated”(控制升级),致力于为制造业革新提供核心技术力,创造更简单、更灵活的制造现场,实现高速、高精度生产,赋予生产更多智能。

欧姆龙始终致力于推进制造革新,“控制升级”来源于欧姆龙提出的制造革新理念i-Automation!。由革新制造现场自动化的3个i组成,即“integrated(控制进化)”、“intelligent(智能化)”、“interactive(新型人机协作)” ,通过与客户共创,利用革新解决制造现场课题,掀起制造业的革新浪潮。


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图2 欧姆龙始终致力于推进制造革新,“控制升级”来源于欧姆龙提出的制造革新理念i-Automation!

实现价值

● 注塑机作为高端制造业的重要组成部分,面对智能制造战略转型和升级,引入欧姆龙多项核心技术,为实现智能化提供技术支撑,全面提升注塑机行业竞争力。

● 采用多段速度控制,实现了加温、注射的高响应性,解决行业共性课题,提高注塑效率,产能大幅提升。

● 提高切换过程的平缓性,较少设备冲击,提升良品率,避免材料浪费。

● 提供系统的解决方案和自动化生产方案,全系统由欧姆龙提供技术支援,通过控制器提供的功能块导入,无需繁琐的程序编译,缩短开发时间。


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图3 立式注塑机结构模型

工艺简介

立式注塑机由注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。立式注塑机的工艺,主要分为以下三个部分:

第一部分:储料机构,包括注射伺服、储料伺服,料斗,加热器等。

第二部分:模具部分,由产品规格决定模具大小和形状。

第三部分:开合模机构,由开合模伺服或者液压机构组成,用于模具的打开和关闭。

应用课题

● 多段加热响应性不同,加热管相互干扰,迟滞时间长,加热响应慢、干扰大。

● 开合模过程速度不稳定,易发生冲击、损坏模具。

● 射出轴跟随精度不足,背压控制精度不足。

● 保压过程响应慢。


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图4 欧姆龙针对注射、储料工艺开发多段速度控制技术,快速适应多种设备的开发工作,提高工作效率

解决方案

1、过程控制技术

通过过程控制技术输出操作量,抑制因接触干扰导致的温度降低,实现加热器温度的早期稳定。采用PIDAT功能自整定温度PID加快调试效率,温度控制精度从±10℃提高到±1℃。

2、开合模控制技术

● 多段速度控制,使开合模过程更为平滑(一般为3-6段);

● 模具保护功能,防止损坏模具(一般为1-2段);

● 合模高压,确保模具可以顺利合上;

● 加减速优化,减少冲击。

3、储料控制技术

● 储料轴为主轴,进行同步速度控制,提高加减速性能;

● 射出轴为从轴,采用电子齿轮方式跟随储料轴;

● 根据背压反馈情况,实时修改电子齿轮比进行背压补偿;

● 基准齿轮比自整定,提高背压控制精度。

4、注射控制技术

● 射出轴同步速度控制,提高加减速性能;

● 根据位置参数,及时切换设定速度;

● 高速射出提升背压,保证产品品质;

● 背压高压保护,及时调整射出速度;

● 注射速度控制从0~1500转加速时间25 ms;

● 保压停机控制,1500转停机无冲击,减速时间25 ms,减速距离3 mm。

5、保压控制技术

● 高速切换保压,采用先降速,到达转矩限制速度后,再进行转矩控制;

● 速度无冲击,减速时间25ms,减速距离3mm;

● 保压前馈控制,通过保压压力设定,计算采用的扭矩控制值,再进行压力PID补偿;

● 泄压控制,当注射伺服到达切换点时,判断背压是否大于保压值;

● 背压>=保压值:进行泄压动作;

● 背压<保压值:进行保压动作;

● 泄压控制:注射伺服低速反向运行,同时限制反向运行最大高度,当压力低于保压值后,注射伺服转矩控制介入。

● 多段保压控制:当保压值设定值有多种情况时,通过压力设定值和当前值的比较,判定是否需要泄压动作或保压动作,进行快速切换实现多种保压压力稳定运行。此时需要进行伺服的反向泄压和正向保压的动作。


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图5 欧姆龙过程控制

系统配置

针对注射、储料工艺开发多段速度控制技术,快速适应多种设备的开发工作,提高工作效率。

针对速度转扭矩造成冲击过大的情况,对切换速度、扭矩进行斜率处理,提高切换过程的平缓性,较少设备冲击。

实现性能指标

注射速度:200 mm/s;称重精度:±0.025 g;保压精度:±2 Bar;定位精度:±0.02 mm;温度精度:±1℃;背压精度:±1 Bar。

制造业的智能化发展已经成为不可逆转的趋势。欧姆龙在工业自动化技术领域不断深耕,通过在不断进化的i-Automation!理念驱使下产出众多技术方案,实现高速高精度生产,将加速推动制造现场智能化升级,全面助力产业升级。


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