En förpackningsmaskin kan se enkel ut från utsidan, men rörelsen inuti är allt annat än enkel.
Filmen måste flyttas till rätt längd. Produkterna måste komma till rätt position. Påfyllningsmekanismer måste följa en repeterbar cykel. Kapning och tätning måste ske i rätt ögonblick. Vid högre produktionshastigheter kan även ett litet rörelsefel leda till dåliga tätningar, felaktig skärning, slöseri med förpackningsmaterial eller kasserade produkter.
Det är här aservomotor för förpackningsmaskiner blir viktig.
En servomotor är inte bara en ersättning för en konventionell motor. Det blir en del av maskinens rörelsestyrsystem-och arbetar med servodrivningen, kodaren, styrenheten, den mekaniska transmissionen och sensorerna.
Den här guiden har ett annat tillvägagångssätt än en grundläggande produktintroduktion. Istället för att bara diskutera vridmoment och varvtal tittar man på var servomotorer används i förpackningsutrustning, hur motorn ska integreras, vilka problem den kan lösa och vad köpare bör kontrollera innan de köper.
Vad gör förpackningsmaskiner annorlunda?
Förpackningsmaskiner har en viktig egenskap som skiljer den från många allmänna industrimaskiner:
Maskinen upprepar samma rörelse tusentals eller till och med miljontals gånger.
En typisk förpackningscykel kan se ut så här:
Mata → Position → Fyll → Tätning → Klipp → Utmatning → Upprepa
Vid låg hastighet kanske ett litet positioneringsfel inte är uppenbart.
I hög hastighet kan dock samma fel inträffa hundratals gånger i timmen.
Det betyder att förpacknings-maskinmotorer måste ge mer än grundläggande rotation. De måste leverera:
- Repeterbar rörelse
- Snabb respons
- Kontrollerad acceleration
- Exakt stopp
- Stabil hastighet
- Synkronisering med andra axlar
- Pålitlig drift över långa produktionscykler
Det är därför servomotorer används i stor utsträckning i modern förpackningsutrustning.
Var används servomotorer i förpackningsmaskiner?
Ett av de största misstagen när man väljer en servomotor är att se på förpackningsmaskinen som ett komplett system.
I verkligheten kan en förpackningsmaskin ha flera oberoende rörelseaxlar.
Varje axel kan ha helt olika krav.
Vanliga servodrivna-funktioner inkluderar:
- Filmmatning
- Produktutfodring
- Transportörens rörelse
- Fyllning
- Skärande
- Värmeförseglingsmekanismer-
- Utmatning av etiketter
- Övertäckning
- Kartongformning
- Kartongförslutning
- Roterande indexering
- Välj-och-placera mekanismer
En film-matningsaxel kan prioritera exakt längdkontroll.
En skäraxel kan behöva extremt snabb acceleration och retardation.
En transportöraxel kan prioritera mjuk hastighetskontroll.
En fyllningsaxel kan behöva exakt positionering och repeterbarhet.
Så den rätta frågan är inte:
"Vilken servomotor ska jag använda för min förpackningsmaskin?"
En bättre fråga är:
"Vad behöver servomotorn för varje rörelseaxel?"
Servomotor vs standardmotor för förpackningsutrustning
En konventionell induktionsmotor kan vara en bra lösning för enkla kontinuerliga-rörelser.
Till exempel, om en transportör bara behöver köras med en relativt konstant hastighet kanske det inte finns någon anledning att använda ett sofistikerat servosystem.
Situationen förändras när maskinen behöver kontrollerad rörelse.
Standard motor
En konventionell motor är vanligtvis lämplig när applikationen huvudsakligen kräver:
- Kontinuerlig rotation
- Enkel hastighetskontroll
- Låga positioneringskrav
- Relativt stabila belastningsförhållanden
Servomotor
En servomotor blir mer attraktiv när maskinen kräver:
- Exakt positionering
- Frekvent acceleration och retardation
- Elektronisk synkronisering
- Snabb respons
- Upprepningsbar indexering
- Varierande rörelseprofiler
- Sluten-återkoppling
Denna distinktion kan hjälpa tillverkare att undvika att både-underspecificera och över-specificera maskinen.
Den verkliga fördelen med en servomotor i förpackningen
Den största fördelen är inte bara "hög precision".
Den verkliga fördelen är kontrollerad och repeterbar rörelse.
Överväg ett filmflöde-.
Maskinen kan behöva mata exakt en viss längd film, stoppa, låta en annan mekanism fungera och sedan starta igen.
Om matningsmotorn går för långt blir förpackningen för lång.
Om det slutar för tidigt blir paketet för kort.
Om motorresponsen ändras under acceleration kan filmen också uppleva inkonsekvent spänning.
Ett servosystem kan kontinuerligt övervaka motorrörelser genom återkoppling och justera rörelsen enligt beordrad position och hastighet.
Detta är särskilt värdefullt i högcykelförpackningsmaskiner-.
De tre rörelseegenskaperna som förpackningsingenjörer bör titta på
När man utvärderar en servomotor förtjänar tre egenskaper särskild uppmärksamhet:
Dynamiskt svar
Hur snabbt kan motorn reagera på en förändring i kommandot?
Repeterbarhet
Kan motorn utföra samma rörelse konsekvent från cykel till cykel?
Synkronisering
Kan motorn bibehålla korrekt förhållande till andra maskinaxlar?
Dessa egenskaper kan ha en direkt inverkan på produktionskvaliteten.
En förpackningsmaskin driver inte en motor åt gången.
Flera mekanismer måste ofta röra sig tillsammans.
Flera-synkronisering är en viktig faktor
Modern förpackningsutrustning använder ofta flera servomotorer.
Till exempel:
- Servo 1 styr filmmatningen.
- Servo 2 styr skärningen.
- Servo 3 styr produktmatningen.
- Servo 4 styr fyllningen.
- Servo 5 styr märkning.
- Dessa axlar kan inte fungera oberoende.
- Deras timing måste samordnas.
Om filmen rör sig snabbare medan skärmekanismen inte justeras i enlighet därmed, kan klippläget ändras.
Om produkttransportören inte är synkroniserad med påfyllningsmekanismen kan påfyllningspositionen bli inkonsekvent.
Därför bör servomotorn utvärderas tillsammans med:
- Servodrift
- Rörelsekontroll
- Encoder
- Kommunikationsnätverk
- Sensorer
- Mekanisk transmission
Detta är ett beslut på system-nivå, inte bara ett motorköp.
Välja servomotor för filmmatning
Filmmatning är en av de mest krävande tillämpningarna eftersom motorn behöver styra både rörelse och timing.
Motorn kan behöva:
- Accelerera filmen
- Håll önskad hastighet
- Stanna vid en specifik position
- Vänta på nästa maskinåtgärd
- Accelerera igen
- Upprepa kontinuerligt
Situationen blir mer komplicerad när förpackningsmaterialet förändras.
Olika filmer kan ha olika:
- Tjocklek
- Ytfriktion
- Elasticitet
- Draghållfasthet
- Rullediameter
Dessa skillnader påverkar den mekaniska belastningen.
En motor som fungerar bra med ett förpackningsmaterial kan kräva olika rörelseparametrar med ett annat.
Hur filmrullens diameter påverkar valet av servomotor
Detta är en praktisk punkt som är lätt att förbise.
När en rulle förpackningsfilm blir mindre förändras dess rotationsegenskaper.
Motorn kan därför se olika tröghetsförhållanden under hela produktionscykeln.
Detta kan påverka:
- Acceleration
- Inbromsning
- Filmspänning
- Motorisk respons
För applikationer som använder stora filmrullar bör det fullständiga rullförhållandet beaktas vid dimensionering av servomotorn.
Motorn bör inte väljas enbart efter tom rulle eller full rulle utan att ta hänsyn till hur maskinen fungerar under hela cykeln.
Servomotor för skärmekanismer
Skärsystem kräver ofta snabba och synkroniserade rörelser.
Motorn kan styra:
- Roterande knivar
- Tvärskärare
- Giljotinskärare
- Flygande skärare
En typisk cykel kan innefatta:
Accelerera → Synkronisera → Klipp → Återgå → Upprepa
Motorn behöver därför god dynamisk respons.
Den mekaniska strukturen har också betydelse.
Om skärmekanismen har överdrivet spel, glapp eller vibrationer, löser inte enbart en ökad kodarupplösning problemet.
För hög-skärning bör motorn och den mekaniska mekanismen utformas tillsammans.
Servomotor för fyllningsapplikationer
Fyllningsutrustning har andra krav än filmmatning.
Beroende på produkt- och maskindesign kan servomotorn styra:
- Kolvrörelse
- Skruvmatning
- Pumprotation
- Roterande fyllning
- Doseringsmekanismer
Här är repeterbarhet ofta viktigare än maximalt motorvarvtal.
Till exempel, om maskinen behöver dispensera en konsekvent mängd material, måste servomotorn utföra samma rörelse exakt över upprepade cykler.
Den ideala motorn beror därför mycket på påfyllningsmekanismen.
Servomotor för märkningsutrustning
Märkningsmaskiner kräver synkronisering mellan produkt och etikett.
Servomotorn kan styra etikettrullen medan sensorer känner av produktens position.
Styrenheten justerar sedan motorrörelsen för att bibehålla önskad etikettposition.
Detta kräver:
- Snabb feedback
- Stabil hastighet
- Exakt positionering
- Bra accelerationsrespons
Om maskinen arbetar med hög hastighet blir responstiden för hela styrsystemet viktig.
Motorn ensam kan inte kompensera för en långsam sensor, dålig kontrollkonfiguration eller överdrivet mekaniskt glapp.
Servomotor för roterande förpackningsutrustning
Roterande förpackningsmaskiner inför ett annat krav:
Indexeringsnoggrannhet.
Den roterande mekanismen kan behöva röra sig genom en specifik vinkel, stanna, utföra en operation och sedan flytta till nästa station.
Exempel inkluderar:
- Roterande fyllningsmaskiner
- Roterande kapsylmaskiner
- Roterande tätningsmaskiner
- Roterande indexeringstabeller
I dessa applikationer måste motorn styra både:
- Vinkelläge
- Rörelsetiming
Belastningströghet blir särskilt viktig när det roterande bordet är stort eller bär flera produkter.
Hur man väljer rätt servomotor för förpackningsutrustning
Istället för att börja med motorkraft, använd följande urvalsprocess.
Steg 1: Definiera maskinrörelsen
Be:
- Vad rör sig?
- Hur långt rör det sig?
- Hur snabbt behöver den röra sig?
- Hur ofta slutar det?
- Går det omvänd?
- Behöver den synkroniseras?
Steg 2: Bestäm belastningen
Identifiera:
- Produktens vikt
- Rullvikt
- Filmrullens vikt
- Rörlig mekanism massa
- Friktion
- Mekaniskt motstånd
- Titta inte bara på produktvikten.
Steg 3: Bestäm rörelseprofilen
En användbar rörelseprofil bör innehålla:
- Starthastighet
- Drifthastighet
- Maximal hastighet
- Accelerationstid
- Retardationstid
- Uppehållstid
- Cykelfrekvens
Denna information är extremt användbar för servodimensionering.
Steg 4: Utvärdera överföringen
Kontrollera om motorn driver lasten genom:
- Växellåda
- Bälte
- Remskiva
- Kedja
- Skruva
- Koppling
Utväxlingsförhållandet och verkningsgraden påverkar motorns faktiska krav.
Steg 5: Beräkna tröghet
För förpackningsutrustning med rullar, rullar, roterande bord eller fräsar bör lasttröghet övervägas noggrant.
Hög tröghet kan öka kraven på accelerationsmoment och påverka sättningstiden.
Steg 6: Bestäm positioneringskrav
Be:
- Hur exakt måste slutpositionen vara?
- Hur repeterbar måste rörelsen vara?
- Är backlash acceptabelt?
- Krävs hög-feedback?
Detta hjälper till att bestämma lämplig kodare och mekanisk konfiguration.
Vilken servomotorkraft behöver en förpackningsmaskin?
Det finns inget universellt svar.
En liten etikettmaskin kan kräva en relativt liten servomotor.
En tung-förpackningslinje med stora rullar eller hög-tröghetsmekanism kan kräva betydligt mer vridmoment och kraft.
Två maskiner med samma produktionshastighet kan ha helt olika motorkrav.
Till exempel:
Maskin A
Lättviktsfilm
Liten rulle
Låg tröghet
Måttlig acceleration
Maskin B
Tungt förpackningsmaterial
Stor rulle
Hög tröghet
Mycket snabb acceleration
Båda kan arbeta vid samma varvtal, men maskin B kan kräva betydligt mer motorvridmoment.
Det är därför det inte är en tillförlitlig dimensioneringsmetod att välja en motor helt enkelt för att en annan maskin använder samma effekt.
Hur mycket servomotorvridmoment är tillräckligt?
Börja med den kontinuerliga belastningen.
Tänk sedan på det extra vridmoment som krävs för:
- Acceleration
- Friktion
- Tröghet
- Allvar
- Överföringsförluster
Kontrollera därefter motorns maximala vridmomentkapacitet.
Det viktiga är att jämföraerforderligt vridmoment vid erforderlig hastighetmed motorns verkliga vridmoment-hastighetskurva.
En motor kan ha ett högt maximalt vridmoment men ändå vara olämpligt om det vridmomentet inte är tillgängligt vid den erforderliga driftshastigheten.
Varför överdimensionering också kan vara ett problem
Vissa förpackningsmaskintillverkare väljer avsiktligt en motor som är mycket större än vad som krävs.
Detta kan verka säkrare, men det är inte alltid ett bra tekniskt beslut.
En överdimensionerad motor kan öka:
- Kostnad för utrustning
- Servodrift kostnad
- Motorisk tröghet
- Elektriska krav
- Mekaniska mått
Det kan också göra systemet svårare att trimma.
Målet är inte att köpa den största servomotorn.
Målet är att välja en motor med tillräcklig prestanda för att hantera de verkliga driftsförhållandena på ett tillförlitligt sätt.
Vad sägs om 24V, 48V och 220V servomotorer?
Rätt spänning beror på maskinens elektriska arkitektur.
24V servomotor
Lämplig för applikationer där maskinen redan använder ett låg-likspänningssystem.
Typiska exempel inkluderar:
Kompakt automation
Mobil utrustning
Batteridriven-maskin
48V servomotor
Användbar när mer ström krävs samtidigt som en likströmsarkitektur med relativt låg-spänning bibehålls.
Detta kan vara attraktivt för vissa mobila eller kompakta industrisystem.
220V servomotor
Vanligt i industriell förpackningsutrustning där högre effekt krävs.
Spänningen ska alltid anpassas till servodrivningen och kompletta elsystemet.
Val av kodare för förpackningsmaskiner
Encodern ger feedback till servosystemet.
Tänk på följande när du väljer kodarefeedback:
- Upplösning
- Befattningskrav
- Hastighet
- Controllerkompatibilitet
- Absolut eller inkrementell feedback
Men högre kodarupplösning är inte automatiskt bättre.
Om maskinen har:
- Överdriven motreaktion
- Flexibla bälten
- Dålig koppling
- Mekanisk vibration
- den faktiska systemnoggrannheten kan fortfarande vara begränsad.
Givaren bör därför väljas tillsammans med den mekaniska konstruktionen.
När behövs en servobroms?
En broms kan vara användbar när servomotorn styr en vertikal axel eller en annan mekanism som måste förbli stillastående när strömmen tas bort.
Till exempel:
- Vertikala förpackningsmekanismer
- Lyftsystem
- Höjdjusterbara-stationer
Bromsen bör dock inte behandlas som den enda säkerhetsåtgärden.
Maskinens fullständiga säkerhetsdesign bör avgöra hur laster hålls säkert.
Hur driftcykeln påverkar valet av servomotor
Förpackningsmaskiner kan köras kontinuerligt i många timmar.
Motorn kan upprepade gånger:
- Accelerera
- Sikt
- Minska hastigheten
- Stopp
- Starta om
Även när det maximala vridmomentet är acceptabelt kan de upprepade cyklerna skapa betydande värme.
Utvärdera därför:
- Cykeltid
- Antal cykler per minut
- Accelerationsfrekvens
- Retardationsfrekvens
- Kontinuerlig drifttid
En motor som lämpar sig för intermittent drift kanske inte är lämplig för kontinuerlig produktion av hög-cykel.
Servomotor för förpackningsmaskin: Vanliga problem och deras orsaker
Problem 1: Filmlängden är inkonsekvent
Möjliga orsaker inkluderar:
Felaktig servojustering
Filmglidning
Mekaniskt bakslag
Felaktig återkoppling av encoder
Ändring av filmspänning
Anta inte omedelbart att motorn är för liten.
Problem 2: Motorn överhettas
Möjliga orsaker inkluderar:
Otillräckligt kontinuerligt vridmoment
Överdriven acceleration
Hög friktion
Dålig kylning
Överdriven arbetscykel
Den fullständiga lastprofilen bör kontrolleras.
Problem 3: Maskinen vibrerar under acceleration
Möjliga orsaker inkluderar:
Överdriven belastningströghet
Dålig servoinställning
Mekanisk resonans
Flexibel koppling
Felaktig motorstorlek
Återigen, att byta ut motorn med en större kanske inte löser det underliggande problemet.
Problem 4: Skärpositionen är felaktig
Möjliga orsaker inkluderar:
Dålig synkronisering
Kodarfel
Mekaniskt bakslag
Sensortiming
Felaktiga rörelseparametrar
Det här är ett bra exempel på varför förpacknings-maskinrörelse bör behandlas som ett komplett system.
Hur Auric närmar sig servomotorer för förpackningsmaskiner
För tillverkare av förpackningsmaskiner är en servomotor sällan en isolerad komponent.
Den måste passa den mekaniska strukturen och kommunicera korrekt med maskinens styrsystem.
Aurictillhandahåller servomotorlösningar för OEM-maskiner och industriella automationsapplikationer.
För förpackningsapplikationer kan nyckelfaktorer vara:
- Kontinuerligt vridmoment
- Högsta vridmoment
- Drifthastighet
- Acceleration
- Belastningströghet
- Kodarkonfiguration
- Spänning
- Skaftmått
- Monteringsmått
- Bromskrav
- Servodrivningskompatibilitet
Den här applikationsbaserade-metoden är användbar när en standardkatalogmotor inte direkt matchar maskinen.
För OEM-projekt kan motorkonfigurationen utvärderas utifrån de faktiska utrustningskraven snarare än att välja en modell som endast baseras på märkeffekt.
Vad ska du skicka till en servomotortillverkare?
Om du vill ha en användbar motorrekommendation, skicka inte bara:
"Vänligen citera en servomotor för förpackningsmaskin."
Ge leverantören tillräckligt med information för att förstå applikationen.
Grundläggande maskininformation
Typ av förpackningsmaskin
Applicering av motorn
Produktionshastighet
Arbetstid per dag
Mekanisk information
Ladda
Rulldiameter
Filmrullens diameter
Utväxling
Transmissionstyp
Skaftstorlek
Monteringsmått
Rörelseinformation
Driftsvarvtal
Maximalt varvtal
Accelerationstid
Retardationstid
Cykelfrekvens
Erforderlig positioneringsnoggrannhet
Elektrisk information
Strömförsörjning
Servodrift
Kontroller
Krav på kodare
Kommunikationsgränssnitt
Ju mer komplett informationen är, desto mindre gissningar är inblandade i motorvalet.
Förpackning Servomotor Köparchecklista
Innan du gör en beställning, bekräfta följande:
Motor
Märkeffekt
Kontinuerligt vridmoment
Högsta vridmoment
Nominell hastighet
Maximal hastighet
Motorisk tröghet
Feed-back
Typ av kodare
Kodarupplösning
Absolut eller inkrementell
Drive-kompatibilitet
Mekanisk
Skaftdiameter
Monteringsmått
Växellåda
Broms
Koppling
Ansökan
Ladda
Acceleration
Cykeltid
Arbetscykel
Positioneringsnoggrannhet
Miljö
Temperatur
Damm
Fuktighet
Vibration
Vanliga frågor
Slutliga tankar
A servomotor för förpackningsmaskiner bör väljas utifrån maskinens rörelsekrav-inte bara runt ett motoreffektnummer.
Rätt lösning måste ta hänsyn till hela systemet:
Belastning + Hastighet + Acceleration + Tröghet + Positionering + Synkronisering + Duty Cycle
För filmmatning kan prioritet vara exakt längd och stabil spänning.
För skärning kan dynamisk respons och synkronisering vara viktigare.
För fyllning kan repeterbarhet och kontrollerad rörelse ha prioritet.
För roterande indexering kan tröghet och positioneringsnoggrannhet bli nyckelfaktorerna.
Det är därför det inte finns någon universell "bästa servomotor för förpackningsmaskiner."
Den bästa motorn är den som matchar den specifika axeln, fungerar korrekt med servodrivningen och styrenheten och kan upprepa den nödvändiga rörelsen på ett tillförlitligt sätt under hela produktionscykeln.
För OEM-tillverkare av förpackningsmaskiner är det snabbaste sättet att få en användbar rekommendation att ge leverantören den faktiska belastningen, hastigheten, accelerationen, mekaniska dimensioner, spänning och kontrollkrav.
Auric kan utvärdera dessa applikationsparametrar och hjälpa OEM-kunder att välja en servomotorkonfiguration som passar deras förpackningsutrustning.
