1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化基于三菱 PLC 塑料注射成型机电气控制系统的设计一、课题研究意义及现状塑料是一门新兴的、综合性的工业 ,近十年工程塑料生产每年以 8%以上的速度递增 ,而 80%的工程塑料制品都是采用注塑成型 ,由此可见 ,注塑成型在塑料工业 中有其特殊的地位。目前,注塑机的控制系统正朝着高精度、高灵敏度、节能、比例和微机程序化方向发展。各种最新的电气元件、液压元件都在注塑机控制系统中得到及时的应用,形成了机、电、液一体化产品。注 射 成 型 机 简 称 注 射 机 或 注 塑 机 ,具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品。能在对各种塑料
2、进行加热、融熔、搅拌、增压后，将塑料流体注入模具的模腔内，经冷却固化后，最后完成工件的一次注塑成型。注射成型机具有耐冲击性、耐磨性、绝缘等特点，工艺先进，流程简捷，是现代加工塑料制品极具生命力的最新技术。注塑机是注塑成型的主要设备，注塑机的技术参和性能与塑料性质和注塑成型工艺有着密切的关系。在塑料工业迅速发展的今天，注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位，其生产总数占整个塑料成品设备的 20-30，从而成为目前塑料机械中增长最快，生产数量最多的机种之一,被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。塑料注射成型机作为塑料制品加工设备已有半个多世纪的
3、历史，近年来随着塑料制品应用领域的不断扩大，世界上对注塑机械的需求呈现了持续大幅攀升的趋势。众所周知,最早的注塑机结构就是全电动式。只不过当时采用的是一般电动机，结构复杂、耗能高。现在的这种用伺服电机驱动的全电动式注塑机最早出现 20 世纪 80 年代初，它在肘杆式注塑机的结构上用伺服电机取代了所有油缸，由日本少数厂家率先推向市场。虽然它有一系列优点 ，但由于技术不成熟和价格昂贵等原因未能在市场上拓展。目前，随着新型合成材料的涌现和要求使用高精度注塑范围的扩大，以及绿色环保的意识的日渐增强，人们对注塑机的要求越来越高，各类紧密型、节能型、环保型等注塑机不断涌现，产业结构正在迅速转变。在这些种类
4、繁多的注塑机中，最具代表性的有以下几种：液压式注塑机和电动式注塑机。我国的注塑机品种单一，以通用机为主，技术创新不够，不能适应市场的需求.随着塑料制品加工业的进一步成熟，对塑料机械产业也提出了越来越高的要求。为实现高效、精确、节能的目标，我国的注塑机技术正向着大型化，智能化，超高速化的方向发展。二、课题研究的主要内容和预期目标1）设计目标熟悉注塑机构造及其基本原理知识，了解 PLC 的基本功能，熟悉三菱 PLC 的特征和触摸屏的使用，设计并利用三菱 PLC 进行编程并对注塑机工作流程进行电气控制，为将来从事 PLC 电气控制系统开发、和产品制造打下基础。2）本设计的主要内容如下：（1）能手动控
5、制调试模具；（2）能自动执行工作循环；（3）用人机界面设置加热温度、开模速度、冷却时间、注射压力等工作参数；（4）能对注塑过程中的流量、压力、位置以及料桶温度的控制。（5）具有必要的电器保护；三、课题研究的方法及措施1.掌握注塑机的结构和工作原理与 PLC 控制原理，并对其分析构思，提出改进意见；2. 通过实验调查，对现有的注塑机进行分析，了解现有的液压注塑机的缺陷（噪音大，不环保）和优势（合模机构形式多） ，提出改进（提高液压注塑机的成型效率）和创新（液压与电动一体化的精密超高速注塑机）的方案；总体框架图：选择开关、按钮、行程开关等触摸屏 FX2N32MR FX2N-4AD-PT执行继电器状
6、态指示灯变频器 模具加热下料筒加热上料筒加热电磁铁 电动机注塑机电气控制系统以 PLC、触摸屏和变频器为核心部件，主要由传统的继电器、接触器控制。本设计对电气控制系统使用 PLC 来实现对各电磁阀、电机、加热系统等输出装置的动作控制；使用触摸屏来实现人机模式的控制，并进行温度、时间等参数的设置和显示。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自 2010 年 10 月 18 日至 2011 年 4 月 22 日。第一阶段（自 2010 年 10 月 18 日至 2010 年 11 月 19 日）：查看分析任务，收集资料相关所需的，各项准备工作做好开始系统总体方案设计，第二阶段（自 2010 年 11
7、月 20 日至 2011 年 2 月 12 日）撰写并完成开题报告、文献综述、外文翻译的设计前期工作。第三阶段（自 2010 年 11 月 20 日至 2011 年 4 月 1 日）：熟悉注塑机及三菱 PLC 控制系统原理，了解其硬件电路图，构建软件整体框架，及各个子程序的设计，撰写设计报告与论文。第四阶段（自 2011 年 4 月 2 日至 2011 年 4 月 16 日）：完善论文，跟指导老师交流，完成论文修改，准备答辩。五、参考文献1 朱光力，万金保.塑料模具设计M. 北京：清华大学出版社， 2003，9.2 郭广思.注塑成型技术M. 北京：机械工业出版社，2009 ，7.温度传感器（热
8、电偶）3 张友根.电动注塑机与液压注塑机共创注塑机新发展J.工程塑料应用，2006，34（6）：5659.4 杨占尧.塑料注塑模结构与设计M .北京：清华大学出版社， 2004，9.5 林宏权，蒋卫东，林达.全电动式注塑机的发展现状及展望 J.塑料工业，2005，33（4）：14.6 忠文李.注塑机维修大全M. 广州：广东科技出版社， 2008，7.7 钟汗如.注塑机控制系统M. 北京：化学工业出版社， 2004，2.8 黄步明，许忠斌 .高速超精密注塑机的技术进展及发展动向J. 工程塑料应用，2002，30（12）：4750.9 Tetsuyu Imai,et al.25Gbyte read
9、-only memory disk by injection-compression molding process.Jpn J Appl Phys,2001,13(40):6667.10 黄步明 精密注塑机合模装置存在的主要问题及解决方法 J.中国塑料，2001，26(9)：7679. 11 黄方平，徐兵，杨华勇，闫红力.变频液压技术在注塑机中的应用 J. 压气动力与密封，2004，3（6）：2226.12 朱洪涛.液压与气压传动M. 北京：清华大学出版社.2005 ，6.13 熊国中.国内外注塑机液压系统现状及其发展趋势 J.塑料科技，1996，3（1）：3335.毕业论文文献综述电气工程
10、及自动化注塑机技术研究综述摘要：文中介绍了注塑机的作用，功能及其工作原理，概括了注塑成型方面的技术特点，分析了电动注塑机和液压注塑机的发展现状及其性能优势，并对未来注塑机技术发展趋势进行了展望。关键词：注塑成型；液压注塑机；电动注塑机1.引言 注塑机又名注射成型机或注射机，具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品，被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。在塑料工业迅速发展的今天，注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位，其生产总数占整个塑料成品设备的 20-30，从而成为目前塑料机械中增长最快，生产数量最多的机种之一。
11、我国塑料加工企业星罗其布，遍布全国各地，设备的技术水平参差不齐，大多数加工企业的设备都需要技术改造。这几年来，我国塑机行业的技术进步十分显著，尤其是注塑机的技术水平与国外名牌产品的差距大大缩小，在控制水平、产品内部质量和外观造型等方面均取得显著改观。选择国产设备，以较小的投入，同样也能生产出与进口设备质量相当的产品。这些为企业的技术改造创造了条件。 1.1 注塑成型所谓注塑成型（Injection Molding）是指，受热融化的材料由高压射入模腔，经冷却固化后，得到成形品的方法。该方法适用于形状复杂部件的批量生产，注塑成型是目前塑料加工中最普遍采用的方法，也是重要的加工方法之一。其主要特点是
12、，成型周期短，花色品种多，制品尺寸稳定，产品易更新换代，生产可自动化、高速化，具有极高的经济效益 【1】 。1.2 注塑成型原理及其工艺过程注塑成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理就是利用塑料的可挤压性和可模塑性 【2】 。注塑机原理及其对应的生产工艺过程可用下图表示 【1】 。 制品脱模 生产前的 清模 及卸料准备工作 加料：粒 注塑模 注塑、充 冷却定型 注塑模料或粉料 注塑机 闭合 模、保压 开启熔融塑化物料从该工艺流程可以看出，注塑成型是一个循环过程，完成注塑成型需要经过预塑、注塑、冷却定型三个阶段。2.注塑机发展及现状塑料注射成型机作为塑料制品加工设备已有半个多世纪的历史
13、，近年来随着塑料制品应用领域的不断扩大，世界上对注塑机械的需求呈现了持续大幅攀升的趋势。众所周知,最早的注塑机结构就是全电动式。只不过当时采用的是一般电动机，结构复杂、耗能高。现在的这种用伺服电机驱动的全电动式注塑机最早出现 20 世纪 80 年代初，它在肘杆式注塑机的结构上用伺服电机取代了所有油缸，由日本少数厂家率先推向市场。虽然它有一系列优点 ，但由于技术不成熟和价格昂贵等原因未能在市场上拓展 【8】 。目前，随着新型合成材料的涌现和要求使用高精度注塑范围的扩大，以及绿色环保的意识的日渐增强，人们对注塑机的要求越来越高，各类紧密型、节能型、环保型等注塑机不断涌现，产业结构正在迅速转变。在这
14、些种类繁多的注塑机中，最具代表性的有以下几种：液压式注塑机和电动式注塑机。我国的注塑机品种单一，以通用机为主，技术创新不够，不能适应市场的需求 【13】 。随着塑料制品加工业的进一步成熟，对塑料机械产业也提出了越来越高的要求。为实现高效、精确、节能的目标，我国的注塑机技术正向着大型化，智能化，超高速化的方向发展。3.液压注塑机与电动注塑机3.1 液压注塑机相比电动注塑机的技术特点长期以来，液压注塑机占据着注塑机市场的主导地位，然而随着电动注塑机的发展，液压注塑机日益受到越来越大的挑战。液压注塑机与电动注塑机的主要技术特点表现在以下几个方面(1)机器系列规格 目前，液压注塑机最大规格的锁模力已达
15、到 80000KN，而电动注塑机的最大规格锁模力为 10000KN【3】 ，仅仅液压注塑机的 1/8。所以，液压注塑机仍是制造大型制品的主流注塑机。(2)合模机构 为使伺服电机产生更大的锁模力，电动注塑机的合模机构一般采用扩力比大、行程比小的肘杠机构形式。而液压注塑机的合模机构形式很多，以适应于制品不同的加工要求。(3)动力传递机构 电动注塑机是用滚珠丝杠传递动力的，而液压注塑机的传递动力机构是是油缸 【3】 。由于用伺服电机带动滚珠丝杆，因此滚珠丝杆的磨损会导致精度的下降。【10】 两者相比，液压注塑机在动力传递的过程中不存在磨损和润滑问题，因此,可以毫不夸张的说注塑机液压系统的好坏是决定注
16、塑机性能好坏的关键问题之一 【13】 。(4)塑化注射机构 电动注塑机的射移油缸及注射油缸一般为单缸，而液压注塑机有单缸和双缸两种形式，扩大了客户选择范围。(5)成型形式 合模机构的形式在一定程度上决定了注塑机的成型形式。由于液压注塑机的合模机构形式多，所以成型范围比较广。而电动注塑机仅限于单机简单螺杆一种形式，束缚了其注塑成型的范围。3.2 电动注塑机的性能优势电动注塑机有两种，一种是全电动；另一种是半电动，即电动与液压驱动互相结合。现在市场上的电动注塑机大多是指全电动注塑机 【3】 。所谓的全电动式注塑机是指使用交流伺服电动机，配以滚珠钢丝杠、齿形带以及齿轮等元器件来驱动各个机构的注塑机，
17、其最根本的特点是所有驱动模块全为电动式，而非传统的液压式。 【5】 与液压式注塑机相比，具有以下几个优点。(1)节约能源：传统的油压传动机械由于全部动作都需通过油路来实现，所以不可避免地具有油压控制损耗（P） 、管损、阀组等流动损失，以及泵浦之容积效率、摩擦损失等等。而全电动注塑机由于使用滚珠螺杆将伺服马达的旋转运动转成直线运动，因此整体效率远远超过油压机械。(2)清洁，噪音低：全自动式注塑机的主要制动组件是交流同步伺服马达。而伺服马达的控制特性为噪音低、惯性低、激活阻力小、加减速特性控制容易，无液压系统中存在的液压泵浦脉冲问题、气泡、泄压声等问题，清洁力度大大提高，噪音大大减小。因此广泛被应
18、用于对洁净度有特殊要求的医疗等用品上。(3)成型效率高，使用成本低：电动注射机的注射速度是一般液压式注射机的 1 倍左右，高速注射满足了部分制品的需求，同时提高了注射效率和成品率，降低了生产成本。3.3 液压注塑机与电动注塑机两者间技术发展的关联不管是液压注塑机还是电动注塑机，其技术发展趋势都应是高效、高速、精密、多品种、模块化、专业化、低能耗、环保型。塑化注射重复精度的提高，肘杠合模机构性能的提高，控制性能的提高，以及环境保护性能的提高是进一步研发的课题。以合模的低压护模性能为例，国际上高性能的肘杠合模机构在低压护模时，一旦模具接触到白纸（将 0.1mm 厚的白纸放在模具分型面）后即后退，起
19、到了真正的安全保护作用，而国产注塑机没有一台能达到如此高的性能 【8】 。电动注塑机与液压注塑机没有截然的区分界限，根据注塑成型的需要，可把两者的各自特点结合起来，开发电动与液压相互结合的半电动液压注塑机。例如，把全液压合模机构与伺服电机驱动的塑化注射机构结合起来，既能发挥全液压注塑合模机构的高稳定、高精度的性能，又能发挥电动注塑机的塑化注射机构高速应答反映、高精度的性能 【8】 。液压注塑机与电动注塑机各有特点，各有自己的发展空间，两者优势互补，互相促进。注塑机开发制造商必须不断开发创新注塑机技术，以适应市场的需求，推动塑料加工行业的科技进步 【11】 。4.高速精密注塑机在其他高新技术产业
20、方面的应用众所周知，注塑机主要应用于塑料制品行业的制造。然而，随着现代注塑机产业高速发展，一些精密注塑机正广泛被用于其他高新技术。高速超精密注塑机主要用于生产高精密塑料件及各种精密微型塑料件，如光盘、镜片、导光板、传感器等。其中数码光盘的成型具有特殊意义，代表目前精密注塑的最高水平。它不但要求制品精度极高 ( 如 D V D 9 )、质量稳定 ，而且要求效率高、速度快、洁净度高、光学性能良好等，这是传统注塑机甚至一般精密注塑机不能满足的 【9】 。5.结语目前中国生产注塑机的厂家较多，据不完全统计已超过 60 家。回顾 2008 年全球注塑机出口总额为 54.6 亿美元，其中德国注塑机产业规模
21、居世界首位，出口总额占全世界出口总额的 20%以上，在全球注塑机竞争中处于优势地位 【13】 。目前，欧美日的注塑机主要以精密注塑机、大型注塑机等高技术含量、高附加值的机型为主。经过多年的技术引进和技术创新，中国塑机行业在低端注塑机领域中，制造水平已经与发达国家相差无几，加上劳动力价格的优势，使得中国的低端注塑机出口占据了世界的半壁江山。此外，近几年来，中国塑机行业不仅在中端注塑机领域有了长足的进步，在高端注塑机领域也取得了重要突破，中国塑机的市场份额有望逐步扩大。 参考文献1 朱光力，万金保.塑料模具设计M.北京：清华大学出版社，2003，9.2 郭广思.注塑成型技术M.北京：机械工业出版社
22、，2009，7.3 张友根.电动注塑机与液压注塑机共创注塑机新发展J.工程塑料应用，2006，34（6）：5659.4 杨占尧.塑料注塑模结构与设计M.北京：清华大学出版社，2004，9.5 林宏权，蒋卫东，林达.全电动式注塑机的发展现状及展望 J.塑料工业，2005，33（4）：14.6 忠文李.注塑机维修大全M.广州：广东科技出版社，2008，7.7 钟汗如.注塑机控制系统M.北京：化学工业出版社，2004，2.8 黄步明，许忠斌.高速超精密注塑机的技术进展及发展动向J.工程塑料应用，2002，30（12）：4750.9 Tetsuyu Imai,et al.25Gbyte read-on
23、ly memory disk by injection-compression molding process.Jpn J Appl Phys,2001,13(40):6667.10 黄步明 精密注塑机合模装置存在的主要问题及解决方法 J.中国塑料，2001，26 (9)：7679. 11 黄方平，徐兵，杨华勇，闫红力.变频液压技术在注塑机中的应用 J. 压气动力与密封，2004，3（6）：2226.12 朱洪涛.液压与气压传动M.北京：清华大学出版社.2005，6.13 熊国中.国内外注塑机液压系统现状及其发展趋势J.塑料科技，1996，3（1）：3335.毕业设计（20_ _届）塑料注射机 PLC 控制系统的设计
