伺服控制系统在注塑机上的应用

陈家芳

摘要：本文探讨了伺服控制系统在注塑机领域的最新发展和应用，旨在提高生产效率、降低能耗，并提升制品质量。首先概述了伺服控制系统的基本原理和注塑机的基本结构，然后详细分析了伺服系统在注塑机中的应用优势和应用实践，最后对案例进行分析，产品质量和生产效率得到了显著提升，为制造业的可持续发展做出贡献。

关键词：伺服控制系统；注塑机；节能；生产效率

1 引言

随着制造业的快速发展，传统的液压和气动注塑机已无法满足现代工业的高精度、高效率和高稳定性的需求。伺服控制系统作为一种先进的控制技术，具有高精度定位、快速响应和能量效率高等优点，在注塑机领域的应用逐渐受到关注。本文将重点探讨伺服控制系统在注塑机上的应用及其带来的优势。

2 伺服控制系统与注塑机的基本原理

2.1伺服控制系统简介

2.1.1伺服控制系统的基本组成和工作原理

伺服控制系统是一种能够实现高精度、快速响应的控制系统，主要由伺服电机、伺服驱动器、控制器等部分组成[1]。与传统的液压和气压控制系统相比，伺服控制系统具有更高的控制精度、更快的响应速度和更高的稳定性等优点，因此在注塑机领域的应用越来越广泛。

伺服控制系统的工作原理可以分为以下几个步骤：

（1）输入信号：用户可以通过按钮、开关等方式向伺服控制系统输入信号，这些信号最终将转化为机械运动。

（2）转换：输入信号将经过一定的处理，然后转换为电气部分能够识别的信号。

（3）传输：转换后的信号将通过电缆或光纤等传输介质，最终被送到机械部分。

（4）执行：收到传输来的信号后，机械部分将按照设定好的程序进行运动。

（5）反馈：执行过程中，机械部分将采集到的信息通过软件部分进行处理，最终反馈给用户。

2.1.2伺服电机的种类和特性

（1）交流伺服电机：交流伺服电机是现代工业生产中的主力军，以其平稳的运转、精准的定位和可控的输出而受到青睐。无论是重工业领域的大型发电机组，还是轻工业领域的小型自动化设备，交流伺服电机都发挥着重要的作用。其高效、节能的特性，使得电力消耗和环境污染得到有效降低。

（2）直流伺服电机：直流伺服电机是通过对电流的流向进行控制，来实现调速和定位。其具有较宽的调速范围，高精度的定位能力，以及良好的动态响应特性。在机器人、数控设备等领域，直流伺服电机发挥着重要的作用。

（3）步进电机：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的装置，通过控制脉冲频率来实现精确的定位。它的主要优点是结构简单、控制方便、易于实现快速启动和停止。在机器人、自动化生产线等场合，步进电机得到了广泛的应用。

（4）压频电机：压频电机是一种将压力能转化为机械能的装置，通过控制输入的电压频率来实现调速和定位。压频电机具有较高的启动频率和较强的负载能力，适用于重载、高速的场合。

2.2注塑机的基本原理与结构

（1）注塑机：又称注射成型机或塑料注塑机，是一种能够将热塑性塑料或热固性塑料加工成各种形状和尺寸的设备。它通过高压将熔融塑料注射到模具中，并在冷却过程中凝固成所需形状[2]。以下是注塑机的基本原理与结构。

（2）基本原理：在注塑过程中，熔融塑料首先进入料斗，并通过输送管道将其传送到喷嘴。在喷嘴处，高压气体将熔融塑料注入模具，使其在模具中形成所需形状。接着，模具在高压下进行冷却，使塑料凝固成所需尺寸和形状。最后，模具打开，产品从模具中取出，进行后续加工或使用[3]。

（3）结构：注塑机主要由料斗、输送管道、喷嘴、模具、压力系统、温度控制系统以及其他辅助设备组成。料斗用于储存和输送塑料原料，可通过调节料斗的倾斜角度和料斗中的传感器来控制原料的供应速度和流量。输送管道则将料斗中的塑料原料传送到喷嘴处，以便高压气体将其注入模具。

3 伺服控制系统在注塑机上的应用优势

（1）提高生产效率：传统的注塑机通常采用开环控制或简单的闭环控制方式，注塑成型周期较长，且容易受到外界因素的干扰，影响生产效率。而伺服控制系统能够实现高精度的闭环控制，通过对模具和材料的精确控制，减少了调整和修模的次数，提高了生产效率。

（2）节能环保：传统的注塑机通常采用电机带动液压系统来驱动注射和合模机构，能耗较高，且液压系统会产生一定的噪音和油污。而伺服控制系统仅在需要时消耗电能，能够大幅度降低能源消耗，同时也减少了环境污染。

（3）提高产品质量：伺服控制系统可以对每个生产环节进行精确控制，减少生产过程中的波动，提高了产品的稳定性和一致性。此外，伺服电机的高精度定位和高响应速度也可以提高产品的精度和外观质量。

（4） 易于维护和管理：伺服控制系统采用了数字化和智能化的技术，可以进行远程监控和控制，方便了设备的维护和管理。同时，伺服控制系统还具有自我诊断功能，能够帮助企业快速发现和解决问题。

4 伺服控制系统在注塑机上的应用实践

（1）注射装置的控制：伺服控制系统可以通过对注射电机的精确控制来实现注射量的精确控制。在实际应用中，可以根据不同的材料和模具结构来调整注射速度、注射压力和注射量等参数，以达到最佳的注射效果。同时，伺服控制系统还可以实现注射位置的精确控制，提高了产品的精度和一致性。

（2）合模装置的控制：伺服控制系统通过对合模电机的精确控制来实现合模装置的运动控制。在实际应用中，可以根据不同的产品和模具结构来调整合模速度、合模压力等参数，以达到最佳的合模效果。同时，伺服控制系统还可以实现精确的闭环控制，减少了调整和修模的次数，提高了生产效率。

（3）温度和压力控制：注塑机在生产过程中需要对温度和压力进行精确控制。伺服控制系统可以通过对加热元件和油路的精确控制来实现温度和压力的精确控制。在实际应用中，可以根据不同的材料和产品要求来调整温度和压力的参数，以达到最佳的生产效果。

（4）节能降耗：伺服电机具有优良的调速性能，可以根据实际需求调整转速，实现注塑机能量的按需分配。相比传统的液压传动方式，伺服电机能够大幅降低注塑机的能耗，节约能源成本。

（5）自动化和智能化：伺服控制系统可以与上位机进行通讯，实现注塑机的自动化和智能化生产。通过预设的工艺参数和运动轨迹，系统能够自动完成注射成型、模具保护等动作，减少了人工干预和操作难度，提高了生产效率和质量。

5 案例分析

为了进一步验证伺服控制系统在注塑机上的应用效果，我们选取了一家大型注塑生产企业作为研究对象。该企业采用传统液压传动方式的注塑机进行生产，存在能耗高、成型周期长、维护成本高等问题。通过引入伺服控制系统进行技术改造后发现：设备的能耗降低了约30%，成型周期缩短了约20%，产品质量和生产效率得到了显著提升。同时，伺服控制系统的维护成本相对较低，使得该企业的整体运营成本大幅降低。

6 结论

随着工业自动化技术的不断发展，伺服控制系统在注塑机领域的应用越来越广泛。通过将伺服控制系统应用于注塑机上，可以提高生产效率、节能环保、提高产品质量、易于维护和管理等方面的优势。在实际应用中，需要根据不同的产品和模具结构来调整伺服控制系统的参数，以达到最佳的生产效果。而且为注塑机的自动化和智能化生产提供了有力支持。未来随着技术的不断进步和应用范围的不断扩大，伺服控制系统在注塑机领域的应用将更加广泛和深入，为工业制造领域的可持续发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1]姬鹏飞,侯凡博,杜毅. 基于混合粒子群算法的注塑机电液伺服系统控制研究[J]. 机床与液压,2020,48(16):132-135.

[2]栾泽. 基于双电机同步驱动的全电动注塑机合模机构设计与研究[D]. 北京:北京化工大学,2020.

[3]袁安威. 注塑机伺服节能改造方案分析[J]. 今日自动化,2021(8):162-163.