了解伺服驅(qū)動(dòng)注塑機(jī)的15個(gè)概念

文/威猛巴頓非爾（Wittmann Battenfeld）Markus Klaus

注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)在不斷發(fā)展，伺服電動(dòng)機(jī)已在注塑機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。注塑成型商需要了解今天的伺服驅(qū)動(dòng)器有關(guān)成本、性能、維護(hù)和培訓(xùn)的內(nèi)容。

為了更好地了解當(dāng)今可用的機(jī)器技術(shù)，針對(duì)現(xiàn)代注塑機(jī)不同的驅(qū)動(dòng)技術(shù)使用一種共同的語(yǔ)言是很重要的。鑒于伺服電動(dòng)機(jī)的各種應(yīng)用比較復(fù)雜，本文將在成本、性能、維護(hù)和員工培訓(xùn)方面，討論并解釋涉及機(jī)器驅(qū)動(dòng)技術(shù)的15個(gè)最常見(jiàn)的術(shù)語(yǔ)和概念。

1.全電式注塑機(jī)

按照塑料工業(yè)協(xié)會(huì)（原SPI）的標(biāo)準(zhǔn)，一臺(tái)全電式注塑機(jī)至少有3根用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的主軸（合模運(yùn)動(dòng)、注射和計(jì)量/塑化）。剩下的3根軸（噴嘴接觸、頂出和模具高度調(diào)節(jié)）仍然可以通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)。最有效率的機(jī)器是能夠使用一種動(dòng)能回收系統(tǒng)（KERS）。這種已獲專利的工藝?yán)盟欧妱?dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)，可以從每根軸上收集所有的減速能，并將其轉(zhuǎn)換成電能。然后將轉(zhuǎn)換后的能量反饋到機(jī)器中，通常用于加熱或控制功能。

使用帶有一臺(tái)液壓泵的伺服驅(qū)動(dòng)已變得越來(lái)越普遍。它提供相當(dāng)多的節(jié)能

2.混合式注塑機(jī)

3根主軸中有一根或多根是用液壓驅(qū)動(dòng)但至少有一根是電驅(qū)動(dòng)的注塑機(jī)稱為混合式注塑機(jī)。其中一個(gè)常見(jiàn)的例子是采用伺服驅(qū)動(dòng)計(jì)量的液壓注塑機(jī)。計(jì)量是注塑機(jī)上最大的能量汲取部分（除了機(jī)筒加熱外）。因此，至少把一臺(tái)伺服電驅(qū)動(dòng)裝置用于計(jì)量是一個(gè)明智的決定?；旌鲜阶⑺軝C(jī)不是帶有一臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)泵的機(jī)器，因?yàn)橛?jì)量后面所有的運(yùn)動(dòng)仍然是通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)的。

3.伺服（驅(qū)動(dòng)）液壓注塑機(jī)

伺服驅(qū)動(dòng)的液壓（或伺服液壓）注塑機(jī)是一種全液壓注塑機(jī)，它用一臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓泵。這些機(jī)器往往有一臺(tái)固定排量泵，但也可能有一臺(tái)帶有旋轉(zhuǎn)斜盤的可變排量泵（通常是DFEE或 DFEC）。

采用3臺(tái)可變排量泵的恒速液壓電動(dòng)機(jī)是全液壓配置的一個(gè)例子

4.采用可變排量泵的標(biāo)準(zhǔn)液壓注塑機(jī)

這些機(jī)器通常有一臺(tái)恒速電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)帶有旋轉(zhuǎn)斜盤的可變排量泵，旋轉(zhuǎn)斜盤可以通過(guò)控制器進(jìn)行調(diào)整，以調(diào)節(jié)泵的油流量滿足液壓系統(tǒng)的當(dāng)前需求。如果機(jī)器不運(yùn)動(dòng)，這些泵也將空轉(zhuǎn)，造成能源浪費(fèi)。

5.能源效率

歐洲塑料行業(yè)開(kāi)發(fā)了一種將注塑機(jī)能源效率分類的系統(tǒng)?；谠撓到y(tǒng)的Euromap60.1標(biāo)準(zhǔn)把機(jī)器分為某些類別，并發(fā)展了某種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)比較不同供應(yīng)商生產(chǎn)的類似機(jī)器的能源效率（包括全電式、混合式等機(jī)型）。

伺服驅(qū)動(dòng)泵（或伺服泵）注塑機(jī)與采用恒速電動(dòng)機(jī)和可變排量泵的注塑機(jī)相比，無(wú)疑會(huì)顯示出更好的能源效率。伺服驅(qū)動(dòng)泵上的伺服電動(dòng)機(jī)只有在液壓需要油流量時(shí)才運(yùn)行，即在軸不運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，泵不會(huì)運(yùn)行，從而不會(huì)帶來(lái)能量消耗。當(dāng)然，節(jié)約能源的多少在很大程度上取決于每一個(gè)具體應(yīng)用的工藝過(guò)程。當(dāng)恒速電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)幾秒鐘或幾分鐘時(shí)，一個(gè)快速循環(huán)的包裝應(yīng)用將比一個(gè)采用長(zhǎng)期冷卻時(shí)間的應(yīng)用具有更低百分比的能耗。

EuroMap 60.1的官方能源評(píng)級(jí)標(biāo)志

一臺(tái)采用定速泵的常規(guī)液壓注塑機(jī)，其電能消耗包括油冷卻水要大于一臺(tái)伺服液壓注塑機(jī)

標(biāo)準(zhǔn)液壓注塑機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)泵注塑機(jī)和全電式注塑機(jī)之間的單位能量消耗（每克塑料的加工能耗）對(duì)比

將電能直接轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的全電式注塑機(jī)，具有最佳的能源效率，因?yàn)闆](méi)有從電能到液壓然后再到動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。

根據(jù)能耗情況，有一個(gè)比較粗略的分類：（1）采用恒速電動(dòng)機(jī)的液壓注塑機(jī)，具有100%的能耗；（2）只有計(jì)量采用電動(dòng)的混合式注塑機(jī)，具有75%～80%的能耗；（3）伺服驅(qū)動(dòng)泵注塑機(jī)，具有65%～70%的能耗；（4）全電式注塑機(jī)，具有45%～60%的能耗。

6.電氣驅(qū)動(dòng)與液壓驅(qū)動(dòng)的可重復(fù)性比較

在全電式注塑機(jī)上，伺服驅(qū)動(dòng)軸的重復(fù)性至少比液壓驅(qū)動(dòng)軸高10倍。一根主動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)軸幾乎沒(méi)有延遲，而采用液壓驅(qū)動(dòng)，則延遲不可避免。對(duì)于加速和特有的減速，采用伺服驅(qū)動(dòng)器的注塑機(jī)也比液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器更準(zhǔn)確。全電式注塑機(jī)還為即時(shí)生產(chǎn)的穩(wěn)定性創(chuàng)造了條件，因?yàn)闆](méi)有必要的油預(yù)熱，而且生產(chǎn)暫停后啟動(dòng)更快。這是全電式注塑機(jī)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，伺服驅(qū)動(dòng)泵機(jī)器是沒(méi)有的。

7.噪聲水平

全電式和伺服驅(qū)動(dòng)泵注塑機(jī)，通常它們的噪聲水平遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)的液壓注塑機(jī)?，F(xiàn)代的全電式和伺服驅(qū)動(dòng)泵注塑機(jī)的噪聲水平約為68 dB。

8.速度和/或加速度

伺服與液壓驅(qū)動(dòng)的速度和/或加速度的對(duì)比是行業(yè)內(nèi)一個(gè)爭(zhēng)論比較多的話題。全電式驅(qū)動(dòng)器有很好的加速度，比液壓系統(tǒng)中的升壓（泵斜坡上升）速度更好。由于油的壓縮性和液壓管線的膨脹，泵斜坡上升能力會(huì)變差。一些供應(yīng)商因此會(huì)引用一句這樣的話：只有一個(gè)帶有儲(chǔ)壓器、閥門得到巧妙布置的設(shè)計(jì)完美的液壓系統(tǒng)可以與伺服驅(qū)動(dòng)器相媲美。

圖為一臺(tái)注射伺服電動(dòng)機(jī)。伺服的速度和加速度對(duì)比液壓驅(qū)動(dòng)器存在較多的爭(zhēng)論，但伺服驅(qū)動(dòng)器的加速度確實(shí)比較大

針對(duì)每根機(jī)器軸使用單獨(dú)的伺服驅(qū)動(dòng)器，為平行合模和注射移動(dòng)創(chuàng)造了條件。液壓注塑機(jī)采用多臺(tái)泵才可以做到這一點(diǎn)

9.平行運(yùn)動(dòng)

全電式注塑機(jī)針對(duì)每根軸通常使用一臺(tái)單獨(dú)的伺服驅(qū)動(dòng)器。這使得這些機(jī)器非常靈活，因?yàn)樗械妮S都能以平行運(yùn)動(dòng)使用。當(dāng)有必要在開(kāi)模和頂出過(guò)程中計(jì)量、在閉模過(guò)程中注射，以及在開(kāi)模過(guò)程中頂出時(shí)，這一功能將會(huì)非常有用。伺服驅(qū)動(dòng)泵注塑機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)液壓注塑機(jī)未必有這樣的優(yōu)勢(shì)。大多數(shù)的供應(yīng)商會(huì)提供第二臺(tái)甚至第三臺(tái)泵和液壓蓄能器作為一個(gè)選項(xiàng)。

10.液壓設(shè)計(jì)

一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)液壓注塑機(jī)在空轉(zhuǎn)的過(guò)程中，通過(guò)油的剪切和摩擦產(chǎn)生大量的余熱，這主要與可變排量泵和恒速電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)以及工作原理有關(guān)。而伺服驅(qū)動(dòng)泵注塑機(jī)在液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生較少的熱量。實(shí)際上，一些加工商在生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)工藝過(guò)程、機(jī)器的運(yùn)行環(huán)境以及特定產(chǎn)品/工藝的加工順序，運(yùn)行一個(gè)特殊的油加熱順序，使油保持在操作溫度。

11.機(jī)器成本

全電式機(jī)器通常由于電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)和齒輪（滾珠絲杠或齒輪箱或齒條和小齒輪）的必要數(shù)量而比液壓機(jī)的價(jià)格更高。然而，在許多情況下，它們的節(jié)能性和利用率得到了提高（由于平行運(yùn)動(dòng)使周期更短，由于維護(hù)較少使運(yùn)行時(shí)間更多），結(jié)合一些國(guó)家和能源公司提供的能源回扣，很容易計(jì)算出投資回報(bào)率（ROI）。一些供應(yīng)商提供的伺服驅(qū)動(dòng)泵注塑機(jī)仍然比標(biāo)準(zhǔn)的液壓注塑機(jī)更貴一些，但由于伺服驅(qū)動(dòng)泵技術(shù)正在被整個(gè)行業(yè)大力推動(dòng)發(fā)展，因此該技術(shù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益增多，使得兩種機(jī)型的價(jià)格差異在逐步縮小。

12.泵、伺服電動(dòng)機(jī)的服務(wù)

在液壓泵必須更換的情況下，不需要校準(zhǔn)的固定排量泵要比可變排量泵的更換更快更容易。固定排量泵通常也要比可變排量泵便宜得多。雖然更貴的可變排量泵比固定排量泵的節(jié)能性更好，但隨著時(shí)間的推移，成型商也需要對(duì)此泵進(jìn)行更換或維護(hù)。

當(dāng)然，全電式機(jī)器從來(lái)不需要或者很少需要對(duì)泵進(jìn)行維護(hù)。眾所周知的Rotex耦合（差速輪）不在伺服驅(qū)動(dòng)泵注塑機(jī)和全電式注塑機(jī)上，因此不需要更換。這是每個(gè)成型車間的維護(hù)人員都知道得很清楚的事情。

一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)代的機(jī)器要比它們?cè)鹊臋C(jī)型提供了更好的分析功能。伺服驅(qū)動(dòng)器通?？梢院苋菀淄ㄟ^(guò)嵌入式示波器功能進(jìn)行分析，一些供應(yīng)商將它作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)提供，附加在他們的現(xiàn)代機(jī)器控制器上。這個(gè)功能連同通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)訪問(wèn)機(jī)器的可能性，創(chuàng)建了一個(gè)強(qiáng)大的工具，可進(jìn)行遠(yuǎn)程服務(wù)和排除機(jī)器故障。恒速泵電動(dòng)機(jī)通常不提供這種可能性。由于伺服驅(qū)動(dòng)器的監(jiān)控非常詳細(xì)，甚至伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器控制上的報(bào)警信息也更精確。

13.油質(zhì)量與維護(hù)

在伺服驅(qū)動(dòng)泵注塑機(jī)上，油的工作任務(wù)在正常范圍內(nèi)，因此油的質(zhì)量比在標(biāo)準(zhǔn)液壓注塑機(jī)上下降得慢。當(dāng)然，這通常取決于過(guò)程和多少油被轉(zhuǎn)移及剪切。但作為一般的經(jīng)驗(yàn)法則，液壓機(jī)器對(duì)油施加更多的應(yīng)變。而全電式機(jī)器根本不需要處理油的問(wèn)題。

14.機(jī)器的復(fù)雜性

液壓注塑機(jī)一般不管是否是伺服驅(qū)動(dòng)，都具有電子、機(jī)械零部件和液壓系統(tǒng)。全電式機(jī)器則只有電子和機(jī)械零部件，因而降低了復(fù)雜性。一名好的電工，其不需要了解液壓就可以勝任這種機(jī)器的維護(hù)工作。

15.維護(hù)人員的培訓(xùn)

有一點(diǎn)很容易被忘記，那就是成型商自身維護(hù)人員的培訓(xùn)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的液壓注塑機(jī)，建議每年校準(zhǔn)一次液壓。對(duì)工作人員進(jìn)行更好的培訓(xùn)可以更好地校準(zhǔn)和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。在全電式機(jī)器上不需要與泵有關(guān)的校準(zhǔn)，因此必須對(duì)員工進(jìn)行的培訓(xùn)不會(huì)太復(fù)雜。

了解以上15個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)以及部分伺服和全伺服驅(qū)動(dòng)注塑機(jī)與液壓注塑機(jī)的對(duì)比，對(duì)于每個(gè)成型商而言都是很重要的?；趯?duì)這些關(guān)鍵點(diǎn)的關(guān)注，供應(yīng)商可以幫助成型商針對(duì)他們所期望的工藝過(guò)程找到最佳的注塑機(jī)。