四方同步伺服系統在電液伺服注塑機上的應用

一、注塑機原理與工藝介紹

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201609/304268.htm

注塑機是一種專用的塑料成型機械。它利用塑料的熱塑性，經適當加熱熔化後，加高壓快速流入模,經一定時間保壓、冷卻，成為各種型材和塑料製品。

注塑機的一個工作循環包括如下運作：

(1)鎖合模：模板快速接近定模板，且確認無異物存在時，系統轉為高壓，將模板鎖合;

(2)注射臺前移：噴嘴與模具緊貼;

(3)注射：注射螺杆以一定的壓力和速度將料筒前端的熔料注入模腔;

(4)保壓、冷卻：通過此動作，使模腔內的塑料製品冷卻成形;

(5)預塑：傳統上應用液壓馬達驅動螺杆並後退，料鬥中加入的塑料粒子被前推進行預塑。螺杆後退到預定位置，停止轉動，準備下一次注射;

(6)注射臺後退，開模;

(7)頂出製品。

液壓系統通過油泵和不同閥門的配合產生壓力和流量，提供油缸和液壓馬達所要求的推動力和移動速度。

二、注塑機常見方案對比

1、傳統注塑機系統方案：

傳統定量泵注塑機是採用定量泵供油的，注塑過程的各個動作對速度、壓力的要求不一樣，它是通過注塑機的比例閥採用溢流調節的方式將多餘的油旁路流回油箱，在整個過程中，馬達的轉速是不變的，故供油量也是固定的，而由於執行動作是間隙性的，也並不可能是滿負載的，因此定量供油浪費了很大的能量。

2、變頻改造方案：

變頻改造方案比傳統的定量泵方案節能，通過將比例流量閥的電流/壓力信號同時輸入給變頻器的模擬量輸入端，通過控制油泵電機的轉速，油泵的實際流量正比於電機的轉速，油泵的功率因此也正比於電機的轉速，起到了節能的目的，其節能效果從25%至50%的範圍內不等。

3、同步伺服改造方案：

伺服改造方案原理與方案2在油泵上的驅動不一樣。方案2由普通異步電機與變頻器驅動，而伺服方案中油泵的驅動由永磁同步伺服電機和伺服驅動器組成(如圖1)

圖1 注塑機同步伺服方案

同步伺服方案與普通變頻異步電機驅動方案相比，具有節能率高、效率高、成品率高等優點:

?伺服驅動器結合同步伺服電機，低頻轉矩大，轉速精度高，成品穩定性更高;

?伺服驅動系統動態響應快，轉矩響應時間小，提高工藝效率;

?實時檢測壓力反饋，對壓力、流量作出響應的調整，電機的輸出功率與其負荷相匹配，與注塑機整個工藝完全吻合，在不影響生產效率的前提下實現高效節能;

?同步電機轉子無勵磁，每安培出力大，更節能;

?伺服驅動電機液壓能耗要比傳統注塑機節能30~70%。

圖2三種油泵方案節能對比圖

三、四方伺服注塑機方案介紹

四方注塑機同步伺服油泵系統方案，以CA500系列重載型伺服驅動器為控制平臺，搭配電液注塑伺服專用適配卡和旋變適配卡，與CM500同步電機組成伺服閉環控制系統。

圖3 伺服系統電氣配線圖

四方伺服注塑機方案特點

1、CA500伺服驅動器特點：

? CA500伺服驅動器結合CM500同步伺服電機，低頻轉矩大，0.5HZ可以達到220%的額定轉矩;

? CA500伺服驅動器動態響應快，轉矩響應時間小於5ms;穩速精度達到±0.02%;

? 針對注塑機在特定工藝環節短時間大電流衝擊的要求，CA500採用大餘量重載設計，額定負載120%長期運行，160%持續60秒，200%持續1秒;

? 全系列內置制動單元，節省安裝空間和外置制動單元成本;

? 專為電液伺服注塑機開發的PID模塊，精準控制油壓，壓力波動低於±0.5bar，維持系統的壓力快、準、穩達到設定的壓力和流量;

? 可擴展的開放式平臺設計，標配CAN通訊接口，多種通訊協議格式可選，適應各類注塑機電腦系統;

? 系統具有多泵合流及多泵分流控制功能，可最大限度降低系統成本，縮短用戶的製品工藝周期，提高效率;

? 簡化的調試功能(四方電機免調試)，最大程序減少客戶調試參數，安裝使用方便。

2、CM500交流永磁伺服電機特點：

? CM500伺服電機噪音低、振動及轉動慣量小、響應速度快、運行平穩、結構緊湊、功率密度高;

? CM500電機採用高性能稀土永磁材料，抗去磁能力強。電機轉子採用特殊結構和工藝，外殼防護等級為IP54，絕緣等級為F級，保證電機運行中的可靠性;

? 採用堅固耐用的無刷旋轉變壓器作為反饋元件，能適應高溫、震動、灰塵、油汙等各種惡劣環境。

四、小結

本文介紹了一種基於四方CA500系列重載型伺服驅動器和CM500同步伺服電機在注塑機伺服系統上應用，本方案具有高效的節電功能，其節電率能達40~90%，且系統響應快，運行穩定可靠，保護功能強大，操作簡單方便。既能夠滿足注塑成型工藝要求，提高產品質量和產量，又減少了設備維護費用，為用戶創造了良好的經濟效益。目前已成功應用於多個注塑機伺服應用系統。