全电动注塑机的研究与开发

全电动注塑机的研究与开发

何磊

广东伊之密精密注压科技有限公司

摘要：随着科学技术的进步发展以及各种先进生产技术的应用，各种新型合成材料不断出现，且高精度注塑件使用范围也不断扩大，在节能环保理念的指导下，以往的注塑机能耗较高，因此已经无法满足新时代的使用要求，因此有必要加强对注塑机的研究与开发。基于此，本文分析了全电动注塑机的特点，并就前电动注塑机的研究与开发进行了分析。

关键词：全电动注塑机；系统；开发

引言：

全电动式注塑机所具备的优良性能在实际生产中能够有效的提高生产效率与生产质量，在注塑产品精度、环保适应性以及工作效率等方面比传统的液压注塑机有了更大的进步，通过对当前全电动注塑机的研究与开发能够进一步优化其性能，提高其使用效果。

一、全电动注塑机的特点

全电动注塑机是以热塑型或热固型塑料为原材料，将其制成多种多样的塑料制品的成型设备，其具有以下特点。

（一）节能性能

全电动注塑机起源于上世纪八十年代，以伺服电机为动力，滚珠丝杠与皮带共同形成其传动结构，通过现代化的软件程序对其动力源与操作过程进行控制，最终制成高精度的产品。相比于传统的液压机械，全电动注塑机运转时无液压系列损失，控制与磁滞损失也非常低，因此不会出现较大的能耗损失，可以起到节能的目的，据不完全统计，全电动注塑机与传统液压机相比可降低能耗达30%~50%。

（二）清洁及噪音低

全电动式注塑机设备中并没有油压缸这一构件，因此在其运行过程中不会出现传统液压机械出现的漏油问题，在清洁工作上比较简单，工作环境也会比较干净。再就是全电动注塑机所使用的伺服电机在运行中产生的噪音较低，主要是因为其在加速减速上比较容易控制，惯性很低，比传统的的液压机械噪音低10～15dB。

（三）控制精度和可靠性高

全电动注塑机在实际工作中会经过高精度的压力传感器采集，送至控制系统处理，在这一过程中由于压力传感器直接与螺杆相连，因此就不需要中间的各项环节，大大提高了其感应精度以及生产速度，在生产高精度产品中具有较高的优势。

二、全电动注塑机的研发

（一）全电动注塑机控制系统的研发

全电动注塑机的控制系统中需要对其位移、压力和温度进行精密控制，其采用的核心是DSP6713的运动控制模块、PID闭环控制模块、HPI通信模块等，其中基于EP9315+DSP6713的控制系统的设计就能够较好的满足全电动注塑机的基本控制功能。控制系统的性能指标:位置控制精度0.05mm，速度控制精度0.1%，压力控制精度1%，温度控制精度±0.5℃。

通过该控制系统不仅能够满足基本的控制需求，其能够保证软件的可靠运行，比如应用层软件和控制层软件等，从而使其灵活的进行控制。除此以外，出于对温度的控制要求，在该控制系统中还采用了总线式温度控制器，其多具备的灵活的总线连接方式可以实现精密的温度控制，提高生产质量。

（二）大功率永磁同步伺服电机的研发

全电动注塑机专用电机具有大扭矩、高速、高响应等特点，以此来进行大功率永磁同步伺服电机的研发，并采用了高功率密度电机设计技术、低脉动转矩电机设计技术、损耗和温升抑制技术，同时还利用了高性能的钕铁硼永磁材料和低损耗硅钢片来提高电机的高功率密度、高过载能力、高响应等性能，以及利用有限元电磁优化设计来进一步降低了电机损耗，并使得电机的工服工作温度降低。如下图1所示，该伺服电机过载倍数达到2.5倍以上，加速时间达到45ms以内，应用效果较好。

图1 大功率永磁同步伺服电机

（三）大功率伺服驱动器的研发

全电动注塑机所使用到的伺服电机驱动需要具备过载时间长和高响应等要求，因此可以利用先进的高速工业以太网通信技术和17位绝对式编码器接口技术等核心技术来对制电路、功率放大和软件设计进行优化，比如采用DSP+FPGA的结构，其DSP能够在工作中完成电机控制和信号处理等项目，而FPGA能够进行报警、电流采样、以太网信号处理等功能。借助速度控制和转矩控制兼顾的电机矢量控制模式、智能功率模块IPM的电路设计以及各模块的报警电路设计最终可以确保伺服驱动器能够实现1min以上的过载以及超快的响应速度(45ms)。

（四）短行程大负载滚珠丝杠的研发

全电动注塑机所使用的滚珠丝杠需要具有承受大负载并且在短行程内(不超过螺母的长度)高速运转的特性，因此必须要提高其耐磨性，在对其进行研发的过程中主要就是针对其耐磨性的提高开展的。因此可以通过以下技术手段来对其进行优化，一是可以采用丝杠粗加工滚道后再使用高频淬火工艺保证淬火层深度和硬度，以便进一步提高丝杠的耐磨性及其使用寿命；二是使用专用工装解决和热处理来进行回珠管的加工；三是在丝杆和旋合螺母的螺纹滚道间设置滚动体来提高传动效率和传动精度；四是增大钢球，增加钢球列数来提高丝杠承载能力。

三、全电动注塑机的应用

（一）全电动注塑机在电子产品行业的实际应用

电子产品已经成为当前人们生活中必不可少的一类产品，除了其使用性能以外，人们对产品的外观、手感、壁厚等方面也有了较高的要求，因此当下的电子产品也逐渐朝着轻薄、精巧方向发展，这就对电子产品在生产过程中注塑成型工艺和成型设备提出了更高的要求，使用全电动注塑机可以凭借其优势进行小型制品的生产，其所使用的伺服电动机从高速向低速转换平滑，具有非常高的响应特性，控制的注射压力和注射速度变化时间非常短，使用优势突出。

（二）全电动注塑机在光学产品行业的实际应用

注塑光学部件的生产是当前市场发展的一大趋向，基于强烈的市场需求，光学产品行业的发展也非常迅速，其采用注塑工艺进行生产能够在非常复杂的几何图形部件上注射成型，因此给予设计很大的自由度。由于光学零部件材料的制造需要考虑其光学纯度、透光率和折光率等，因此精密注塑工艺的使用至关重要。全电动注塑机具有高精度特性，其伺服电机驱动中能够完成注射动作，且滚珠丝杠能够保证其位置精确，因此注射动作也较为精确，最终确保了光学产品的稳定性。

（三）全电动注塑机在医疗产品行业的实际应用

随着人们生活水平的不断提高，对医疗保健及卫生产品的需求越来越高，先进医疗设备能够提高治疗效果，利用全电动注塑机不仅可以以其特有的清洁性优势来提高使用效果，且使得医疗卫生产品的精度与要求也不断提高，而传统液压注塑机很难满足某些高精度要求。在全球卫生事件频发的当前，全电注塑机的发展水平也越来越高。

四、结语

综上所述，全电动注塑机相比于传统的液压式设备更具有良好的节能环保、清洁及噪音低、控制精度和可靠性高等优良性能，在生产中能够生产更高精度的产品，满足当前的生产需求，通过对其进行研发能够从多个方面对其进行优化，从而提高其应用效果。

参考文献：

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