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1、华中科技大学 硕士学位论文 注射机工艺控制软件系统的设计与开发 姓名：时拓 申请学位级别：硕士 专业：材料工程 指导教师：李德群 2011-05-28 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要摘 要 注射机作为注塑产业中生产塑料制品的主要成形设备，其自身的技术水平、控制 精度将直接影响到塑料制品的外观以及使用性能。在目前注射机技术水平相差不是 很大的情况下，控制系统的控制精度将对最终的塑料产品起到较大的影响作用。尽 管如此，控制系统并不是独立存在的，如果把控制系统比作人的“身躯” ，那么工艺 控制软件系统就是人的“思想”与“灵魂”
2、 。 在华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室与武汉华中数控股份有限 公司合作进行的智能型全电动塑料注射机研究与开发项目中，本文作者参与了注射 机工艺控制软件系统从开发到设计的整个过程， 主要包括前期的基于日精 NEX500 型 全电动注射机的功能分析，如动作模式和动作功能等；软件系统用户需求分析，作 为后续设计与开发的指导性文件； 基于诺基亚公司的跨平台 C+图形用户界面应用程 序框架Qt 的人机交互界面的设计，包括主界面、开合模分界面、推顶分界面、 射出/计量分界面、温度分界面、监视分界面、参数快设分界面、参数优化分界面以 及历史分界面，实现了生产者与机器之间的数据交互；采用数据库结
3、构体形式的数 据库设计，从而能够实现对用户输入数据以及跟注射机实时运行相关的各种测量与 反馈数据的存储和调用；详细的注射机动作模块设计以及最终将整个软件系统从 WINDOWS 开发平台移植到基于 LINUX 系统的控制系统上。 最终开发了一套全电动注 射机工艺控制原型系统，实现了伺服电机动作的控制，并用于以震雄公司注射机为 载体的原型机上。 关键词：关键词：注射机；工艺控制；软件系统；Qt 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract As the main forming equipment in the product
4、ion of plastic products, the technology and control accurary of injection machine will directly affect the exterior appearance and service performance of plastic products. Since there was no obvious technology gap among injection machines, the control precision of control systems plays a decicive ro
5、le for the final plastic products. However, the control system is not independently existed, if the control system equals to a human “body“, then the process control software system would be the “thinking“ and “soul.“ The author joined in the total process of design and development for the process c
6、ontrol software system, which is part of a cooperation project named Research and Development of Intelligent All-electric Plastic Injection Machine between State Key Laboratory of Material Processing and Die user needs analysis for software system, which is as a guidance document for follow-up desig
7、n and development; UI design based on Qt (Nokias cross-platform application and UI framework), which includes main interface, opening/closing mold interface, ejection interface, injection / measurement interface, temperature interface, monitor interface, parameter fast-set interface, parameter optim
8、ization interface and history interface and achieves the goal of data exchange between producers and machine; database design based on struct (C Language) which enables data storage and recall for user input data and data that is real-time measured and feedbacked by the injection machine; detailed d
9、esign of action modules of injection machine and ultimately the entire migration of software system from WINDOWS to LINUX-based control system. Eventually a prototype system for process control on all-electric injection machine is developed, servo-motor can be controlled by this system, then this sy
10、stem is used on a prototype injection machine based on an injection machine produced by Zhengxiong Company. Key Words: Injection machine; process control; software system; Qt 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确
11、方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年月日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：指导教师签名： 日期：年月日日期：年月日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位
12、论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1. 绪 论1. 绪 论 1.1塑料注射成形工业1.1塑料注射成形工业 塑料作为在当今日常生活的各个领域广泛应用的一种材料，具有很多的优点， 如 成形生产率高、比强度值较大、绝缘性能比较好、价格低廉和密度小等。据统计， 美国的塑料年使用量在体积上已经超过钢、铝、铜的总和，并正以比钢材高两倍的 速度发展12。 塑料注射成形作为塑料的一种重要成形方法3，它可以使小到钟表齿轮，大到汽 车保险杠的各种结构复杂、尺寸精密和带有金属嵌件的制品一次性成形；除聚四氟 乙烯和超高分子量聚乙烯等极少数塑料外，几乎所有的热塑性塑料都能通过此方法 成形并且成形
13、周期短，生产效率高，易于实现自动化生产4。目前，注射成形的制品 产量占塑料制品总量的 30以上。全球注塑制品的产量占塑料加工制品总重量的 32%，工程塑料中有 80以上的制品是采用注射成型方法加工的，世界上塑料成形模 具中约半数以上是注射模具58。所以，塑料注射成形在塑料加工行业中占有非常重 要的地位9。 塑料工业是指制造合成树脂和塑料制品的高分子化工部门， 也有把塑料加工机械 和模具的制造工业包括在内的。塑料工业的生产量和品种，主要依赖于合成树脂的 生产和开发，因此与石油化工关系密切；塑料又以其质轻、比强度高、耐腐蚀、生 产效率高、能耗低等特点，在机械制造，建筑等部门的某些领域，可取代金属和
14、木 材；在电子、电器等部门，塑料已成为必需的材料之一；塑料制品广泛用于农业生 产和人民大众的生活之中；在包装方面，可以说当今没有塑料，几乎就没有现代化 的包装工业。 世界上塑料的人均年消费量 1970 年为 8kg， 1980 年为 13.4kg,预计 1995 年可达到 22.5kg，工业发达国家多超过 50kg10。 现代塑料注射生产中，高效率的设备（注射机） 、先进的模具和合理的加工工艺 是必不可少的，被誉为注射成形领域的“三大支柱”11。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 1.2注射成形机1.2注射成形机 1.2.1 注射
15、成形机的定义1.2.1 注射成形机的定义 注射机（又名注射机）是一种由颗粒状或者绳状塑料直接生产出可使用的塑料部 件的机器。在注塑系统中，塑料被加热塑化并且被注射到模具的型腔内。按照不同 的情况（热塑性塑料注射成形，热固性塑料注射成形或者橡胶注射成形）机器的不 同部分将会被加热。 1.2.2 注射成形机的结构与功能1.2.2 注射成形机的结构与功能 注射机是一种用于塑料注射加工的设备，最早的注射机于 1872 年在美国出现， 但近 50 年来螺杆式注射机才逐步发展成为现在所采用的注射机形式。 如图 11 所示， 一台通常的往复式螺杆注射机主要由这几部分组成，即合模系统、注射系统、液压 系统和控
16、制系统等12,13，此外一台完整的注射机还包括润滑系统、加热及冷却系统、 安全监测系统等。 图 1-1 典型的往复式螺杆注射机 1.注射系统 注射系统是注射机最主要的组成部分之一，一般分为柱塞式、螺杆式以及螺杆预 塑柱塞注射式 3 种主要形式。螺杆式是现在应用范围最广的一种形式，其工作原理 是在注射机的一个工作循环中，在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中，注射结束后，对注射 到型腔中的熔料保持其想得到的形状。 注射系统是由塑化装置和动力传递装置组成的， 螺杆式注射机塑化装置主要由加 料装置、料筒、螺杆、喷嘴部分组成。动力传递装置则包括螺杆驱动装置、注射座 油缸和注射油缸。 2.锁模系统 通过动模板的运动，模具被开启或锁紧，这就是锁模系统。在合模油缸压力作用 下，锁模机构产生合模力，从而将模具合紧，防止因为高速注入高压熔体而被胀开。 3.控制系统 控制系统的主要任务是控制注射
