Una macchina confezionatrice può sembrare semplice dall’esterno, ma il movimento all’interno è tutt’altro che semplice.
Il film deve raggiungere la giusta lunghezza. I prodotti devono arrivare nella posizione corretta. I meccanismi di riempimento devono seguire un ciclo ripetibile. Il taglio e la sigillatura devono avvenire al momento giusto. A velocità di produzione più elevate, anche un piccolo errore di movimento può portare a sigillature inadeguate, tagli imprecisi, materiale di imballaggio sprecato o prodotti scartati.
Questo è dove aservomotore per macchine confezionatrici diventa importante.
Un servomotore non è semplicemente un sostituto di un motore convenzionale. Diventa parte del sistema di controllo del movimento-della macchina, interagendo con il servoazionamento, l'encoder, il controller, la trasmissione meccanica e i sensori.
Questa guida adotta un approccio diverso rispetto all'introduzione di base del prodotto. Invece di discutere solo di coppia e velocità, esamina dove vengono utilizzati i servomotori nelle apparecchiature di imballaggio, come dovrebbe essere integrato il motore, quali problemi può risolvere e cosa dovrebbero verificare gli acquirenti prima dell'acquisto.
Cosa rende diverse le macchine per l'imballaggio?
Le macchine per l'imballaggio hanno una caratteristica principale che le distingue da molte macchine industriali generali:
La macchina ripete lo stesso movimento migliaia o addirittura milioni di volte.
Un tipico ciclo di confezionamento potrebbe assomigliare a questo:
Alimentazione → Posizione → Riempimento → Sigillatura → Taglio → Scarica → Ripeti
A bassa velocità, un piccolo errore di posizionamento potrebbe non essere evidente.
Ad alta velocità, tuttavia, lo stesso errore può verificarsi centinaia di volte all’ora.
Ciò significa che i motori delle macchine-per l'imballaggio devono fornire qualcosa di più della semplice rotazione. Devono fornire:
- Movimento ripetibile
- Risposta rapida
- Accelerazione controllata
- Arresto accurato
- Velocità stabile
- Sincronizzazione con altri assi
- Funzionamento affidabile su lunghi cicli di produzione
Ecco perché i servomotori sono ampiamente utilizzati nelle moderne apparecchiature di imballaggio.
Dove vengono utilizzati i servomotori nelle macchine per l'imballaggio?
Uno degli errori più grandi nella scelta di un servomotore è considerare la macchina confezionatrice come un sistema completo.
In realtà una macchina confezionatrice può avere più assi di movimento indipendenti.
Ciascun asse può avere requisiti completamente diversi.
Le funzioni servo-comuni includono:
- Alimentazione della pellicola
- Alimentazione del prodotto
- Movimento del trasportatore
- Riempimento
- Taglio
- Meccanismi di termosaldatura-
- Distribuzione etichette
- Tappatura
- Formatura del cartone
- Chiusura cartone
- Indicizzazione rotativa
- Meccanismi di selezione-e-posizionamento
Un asse di alimentazione della pellicola-può dare priorità al controllo preciso della lunghezza.
Un asse di taglio potrebbe richiedere accelerazioni e decelerazioni estremamente rapide.
Un asse del trasportatore può dare priorità al controllo regolare della velocità.
Un asse di riempimento potrebbe richiedere posizionamento e ripetibilità accurati.
Quindi la domanda giusta non è:
"Quale servomotore dovrei utilizzare per la mia macchina confezionatrice?"
Una domanda migliore è:
"Che cosa deve fare ciascun asse di movimento del servomotore?"
Servomotore e motore standard per apparecchiature di imballaggio
Un motore a induzione convenzionale può essere una buona soluzione per semplici applicazioni di movimento-continuo.
Ad esempio, se un trasportatore deve funzionare solo a una velocità relativamente costante, potrebbe non esserci motivo di utilizzare un sofisticato servosistema.
La situazione cambia quando la macchina necessita di movimento controllato.
Motore standard
Un motore convenzionale è generalmente adatto quando l’applicazione richiede principalmente:
- Rotazione continua
- Semplice controllo della velocità
- Requisiti di posizionamento bassi
- Condizioni di carico relativamente stabili
Servomotore
Un servomotore diventa più attraente quando la macchina richiede:
- Posizionamento preciso
- Accelerazioni e decelerazioni frequenti
- Sincronizzazione elettronica
- Risposta rapida
- Indicizzazione ripetibile
- Profili di movimento variabili
- Feedback-a ciclo chiuso
Questa distinzione può aiutare i produttori a evitare sia sotto{0}}specifiche che sovra-specifiche della macchina.
Il vero vantaggio di un servomotore nel packaging
Il vantaggio più grande non è semplicemente “l’alta precisione”.
Il vero vantaggio è il movimento controllato e ripetibile.
Prendi in considerazione un'applicazione per l'alimentazione di pellicole-.
Potrebbe essere necessario alimentare esattamente una certa lunghezza di pellicola, fermarsi, consentire il funzionamento di un altro meccanismo e quindi riavviare.
Se il motore di alimentazione gira troppo, la confezione diventa troppo lunga.
Se si ferma troppo presto, il pacco diventa troppo corto.
Se la risposta motoria cambia durante l'accelerazione, la pellicola potrebbe anche presentare una tensione incoerente.
Un servosistema può monitorare continuamente il movimento del motore tramite feedback e regolare il movimento in base alla posizione e alla velocità comandate.
Ciò è particolarmente utile nei macchinari per l'imballaggio-a ciclo elevato.
Le tre caratteristiche in movimento che gli ingegneri del packaging dovrebbero tenere d'occhio
Quando si valuta un servomotore tre caratteristiche meritano particolare attenzione:
Risposta dinamica
Quanto velocemente può rispondere il motore a un cambiamento di comando?
Ripetibilità
Il motore può eseguire lo stesso movimento in modo coerente da un ciclo all'altro?
Sincronizzazione
Il motore riesce a mantenere la corretta relazione con gli altri assi della macchina?
Queste caratteristiche possono avere un impatto diretto sulla qualità della produzione.
Una macchina confezionatrice non aziona un motore alla volta.
Spesso diversi meccanismi devono muoversi insieme.
La sincronizzazione multi-asse è una considerazione importante
Le moderne attrezzature per l'imballaggio utilizzano spesso più servomotori.
Per esempio:
- Il Servo 1 controlla l'alimentazione della pellicola.
- Il Servo 2 controlla il taglio.
- Servo 3 controlla l'alimentazione del prodotto.
- Servo 4 controlla il riempimento.
- Servo 5 controlla l'etichettatura.
- Questi assi non possono funzionare in modo indipendente.
- I loro tempi devono essere coordinati.
Se la pellicola si muove più velocemente mentre il meccanismo di taglio non si regola di conseguenza, la posizione di taglio potrebbe cambiare.
Se il trasportatore del prodotto non è sincronizzato con il meccanismo di riempimento, la posizione di riempimento potrebbe diventare incoerente.
Pertanto, il servomotore dovrebbe essere valutato insieme a:
- Servoazionamento
- Controllore di movimento
- Codificatore
- Rete di comunicazione
- Sensori
- Trasmissione meccanica
Si tratta di una decisione a livello di sistema-, non semplicemente dell'acquisto di un'auto.
Scelta del servomotore per l'alimentazione della pellicola
L'alimentazione della pellicola è una delle applicazioni più impegnative perché il motore deve controllare sia il movimento che la temporizzazione.
Potrebbe essere necessario che il motore:
- Accelera il film
- Mantenere la velocità richiesta
- Fermati in una posizione specifica
- Attendi l'azione successiva della macchina
- Accelera di nuovo
- Ripeti continuamente
La situazione diventa più complicata quando cambia il materiale di imballaggio.
Film diversi possono avere diversi:
- Spessore
- Attrito superficiale
- Elasticità
- Resistenza alla trazione
- Diametro del rotolo
Queste differenze influiscono sul carico meccanico.
Un motore che funziona bene con un materiale di imballaggio può richiedere parametri di movimento diversi con un altro.
In che modo il diametro del rotolo di pellicola influisce sulla selezione del servomotore
Questo è un punto pratico che è facile trascurare.
Man mano che un rotolo di pellicola da imballaggio diventa più piccolo, le sue caratteristiche di rotazione cambiano.
Il motore può quindi subire diverse condizioni di inerzia durante tutto il ciclo produttivo.
Ciò può influenzare:
- Accelerazione
- Decelerazione
- Tensione della pellicola
- Risposta motoria
Per le applicazioni che utilizzano bobine di pellicola di grandi dimensioni, è necessario considerare la condizione completa del rullo quando si dimensiona il servomotore.
Il motore non deve essere selezionato esclusivamente in base alla condizione di rotolo vuoto o di rotolo pieno senza considerare il funzionamento della macchina durante l'intero ciclo.
Servomotore per meccanismi di taglio
I sistemi di taglio spesso richiedono movimenti rapidi e sincronizzati.
Il motore può controllare:
- Coltelli rotanti
- Taglierine trasversali
- Taglierine a ghigliottina
- Frese volanti
Un ciclo tipico può comportare:
Accelera → Sincronizza → Taglia → Ritorna → Ripeti
Il motore necessita quindi di una buona risposta dinamica.
Anche la struttura meccanica conta.
Se il meccanismo di taglio presenta gioco, gioco o vibrazioni eccessivi, il solo aumento della risoluzione dell'encoder non risolverà il problema.
Per il taglio ad alta-velocità, il motore e il meccanismo meccanico devono essere progettati insieme.
Servomotore per applicazioni di riempimento
L'attrezzatura di riempimento ha requisiti diversi dall'alimentazione del film.
A seconda del prodotto e del design della macchina, il servomotore può controllare:
- Movimento del pistone
- Alimentazione a vite
- Rotazione della pompa
- Riempimento rotativo
- Meccanismi di dosaggio
In questo caso, la ripetibilità è spesso più importante della velocità massima del motore.
Ad esempio, se la macchina deve erogare una quantità consistente di materiale, il servomotore deve eseguire lo stesso movimento con precisione su cicli ripetuti.
Il motore ideale dipende quindi fortemente dal meccanismo di riempimento.
Servomotore per apparecchiature di etichettatura
Le macchine etichettatrici richiedono la sincronizzazione tra prodotto ed etichetta.
Il servomotore può controllare il rotolo di etichette mentre i sensori rilevano la posizione del prodotto.
Il controller regola quindi il movimento del motore per mantenere la posizione dell'etichetta richiesta.
Ciò richiede:
- Feedback veloce
- Velocità stabile
- Posizionamento accurato
- Buona risposta in accelerazione
Se la macchina funziona ad alta velocità, il tempo di risposta dell'intero sistema di controllo diventa importante.
Il motore da solo non è in grado di compensare un sensore lento, una configurazione inadeguata del controller o un gioco meccanico eccessivo.
Servomotore per apparecchiature di confezionamento rotative
Le macchine confezionatrici rotative introducono un altro requisito:
Precisione dell'indicizzazione.
Potrebbe essere necessario che il meccanismo rotante si sposti attraverso un angolo specifico, si arresti, esegua un'operazione e quindi si sposti alla stazione successiva.
Gli esempi includono:
- Riempitrici rotative
- Tappatori rotanti
- Macchine saldatrici rotative
- Tavole rotanti
In queste applicazioni il motore deve controllare entrambi:
- Posizione angolare
- Tempi di movimento
L'inerzia del carico diventa particolarmente importante quando la tavola rotante è di grandi dimensioni o trasporta più prodotti.
Come selezionare il servomotore giusto per le apparecchiature di imballaggio
Invece di iniziare con la potenza del motore, utilizzare il seguente processo di selezione.
Passaggio 1: definire il movimento della macchina
Chiedere:
- Cosa si sta muovendo?
- Quanto si sposta?
- Quanto velocemente deve muoversi?
- Quanto spesso si ferma?
- Si inverte?
- Ha bisogno di sincronizzazione?
Passaggio 2: determinare il carico
Identificare:
- Peso del prodotto
- Peso del rullo
- Peso del rotolo di pellicola
- Massa del meccanismo in movimento
- Attrito
- Resistenza meccanica
- Non guardare solo al peso del prodotto.
Passaggio 3: determinare il profilo di movimento
Un profilo di movimento utile dovrebbe includere:
- Velocità iniziale
- Velocità operativa
- Velocità massima
- Tempo di accelerazione
- Tempo di decelerazione
- Tempo di sosta
- Frequenza del ciclo
Questa informazione è estremamente utile per il dimensionamento del servo.
Passaggio 4: valutare la trasmissione
Controllare se il motore trascina il carico:
- Cambio
- Cintura
- Puleggia
- Catena
- Vite
- Accoppiamento
Il rapporto di trasmissione e l'efficienza influiscono sui requisiti effettivi del motore.
Passaggio 5: calcolare l'inerzia
Per le apparecchiature di imballaggio con rulli, bobine, tavole rotanti o taglierine, l'inerzia del carico deve essere considerata attentamente.
Un'inerzia elevata può aumentare i requisiti di coppia di accelerazione e influenzare il tempo di assestamento.
Passaggio 6: determinare i requisiti di posizionamento
Chiedere:
- Quanto accurata deve essere la posizione finale?
- Quanto deve essere ripetibile il movimento?
- Il contraccolpo è accettabile?
- È necessario un feedback ad alta-risoluzione?
Ciò aiuta a determinare l'encoder e la configurazione meccanica appropriati.
Di quale potenza servomotore ha bisogno una macchina confezionatrice?
Non esiste una risposta universale.
Una piccola etichettatrice può richiedere un servomotore relativamente piccolo.
Una linea di imballaggio-per carichi pesanti con rulli di grandi dimensioni o meccanismi a inerzia elevata-può richiedere una coppia e una potenza considerevolmente maggiori.
Due macchine con la stessa velocità di produzione possono avere requisiti motori completamente diversi.
Per esempio:
Macchina A
Pellicola leggera
Rullo piccolo
Bassa inerzia
Accelerazione moderata
Macchina B
Materiale da imballaggio pesante
Rullo grande
Elevata inerzia
Accelerazione molto rapida
Entrambi possono funzionare allo stesso numero di giri, ma la macchina B potrebbe richiedere una coppia motore sostanzialmente maggiore.
Questo è il motivo per cui scegliere un motore semplicemente perché un'altra macchina utilizza la stessa potenza nominale non è un metodo di dimensionamento affidabile.
Quanta coppia del servomotore è sufficiente?
Inizia con il carico continuo.
Quindi considerare la coppia aggiuntiva richiesta per:
- Accelerazione
- Attrito
- Inerzia
- Gravità
- Perdite di trasmissione
Successivamente, controllare la capacità di coppia di picco del motore.
L'importante è confrontare icoppia richiesta alla velocità richiestacon la curva di velocità della coppia-effettiva del motore.
Un motore può avere una coppia di picco elevata ma essere comunque inadatto se tale coppia non è disponibile alla velocità operativa richiesta.
Perché anche il sovradimensionamento può essere un problema
Alcuni costruttori di macchine per l'imballaggio scelgono intenzionalmente un motore molto più grande del necessario.
Questo può sembrare più sicuro, ma non è sempre una buona decisione ingegneristica.
Un motore sovradimensionato può aumentare:
- Costo dell'attrezzatura
- Costo del servoazionamento
- Inerzia del motore
- Requisiti elettrici
- Dimensioni meccaniche
Può anche rendere più difficile la messa a punto del sistema.
L'obiettivo non è acquistare il servomotore più grande.
L'obiettivo è selezionare un motore con prestazioni sufficienti per gestire in modo affidabile le condizioni operative reali.
Che dire dei servomotori da 24 V, 48 V e 220 V?
La tensione corretta dipende dall'architettura elettrica della macchina.
Servomotore da 24 V
Adatto per applicazioni in cui la macchina utilizza già un sistema CC a bassa-tensione.
Esempi tipici includono:
Automazione compatta
Attrezzatura mobile
Macchinari-alimentati a batteria
Servomotore 48V
Utile quando è necessaria più potenza mantenendo un'architettura CC a tensione-relativamente bassa.
Ciò può essere interessante per alcuni sistemi industriali mobili o compatti.
Servomotore 220 V
Comune nelle apparecchiature per l'imballaggio industriale dove è richiesta una potenza maggiore.
La tensione deve sempre essere adattata al servoazionamento e all'impianto elettrico completo.
Selezione dell'encoder per macchine confezionatrici
L'encoder fornisce feedback al servosistema.
Quando si sceglie il feedback dell'encoder, considerare:
- Risoluzione
- Requisiti di posizione
- Velocità
- Compatibilità del controller
- Feedback assoluto o incrementale
Tuttavia, una risoluzione più elevata dell'encoder non è automaticamente migliore.
Se la macchina ha:
- Contraccolpo eccessivo
- Cinghie flessibili
- Accoppiamento scadente
- Vibrazioni meccaniche
- la precisione effettiva del sistema potrebbe essere ancora limitata.
L'encoder dovrebbe quindi essere selezionato insieme alla progettazione meccanica.
Quando è necessario un servofreno?
Un freno può essere utile quando il servomotore controlla un asse verticale o un altro meccanismo che deve rimanere fermo quando viene interrotta l'alimentazione.
Per esempio:
- Meccanismi di confezionamento verticale
- Sistemi di sollevamento
- Stazioni-regolabili in altezza
Tuttavia, il freno non deve essere considerato l’unica misura di sicurezza.
La progettazione di sicurezza completa della macchina dovrebbe determinare il modo in cui i carichi vengono trattenuti in modo sicuro.
In che modo il ciclo di lavoro influisce sulla selezione del servomotore
Le macchine confezionatrici possono funzionare ininterrottamente per molte ore.
Il motore può ripetutamente:
- Accelerare
- Correre
- Decelerare
- Fermare
- Ricomincia
Anche quando la coppia di picco è accettabile, i cicli ripetuti possono creare un calore significativo.
Pertanto valutare:
- Tempo di ciclo
- Numero di cicli al minuto
- Frequenza di accelerazione
- Frequenza di decelerazione
- Tempo di funzionamento continuo
Un motore adatto al funzionamento intermittente potrebbe non essere adatto alla produzione continua ad alto-ciclo.
Servomotore per macchine confezionatrici: problemi comuni e relative cause
Problema 1: la lunghezza del film non è coerente
Le possibili cause includono:
Regolazione del servo errata
Slittamento della pellicola
Gioco meccanico
Feedback dell'encoder errato
Modifica della tensione della pellicola
Non dare per scontato immediatamente che il motore sia troppo piccolo.
Problema 2: Il motore si surriscalda
Le possibili cause includono:
Coppia continua insufficiente
Accelerazione eccessiva
Elevato attrito
Scarso raffreddamento
Ciclo di lavoro eccessivo
È necessario controllare il profilo di carico completo.
Problema 3: la macchina vibra durante l'accelerazione
Le possibili cause includono:
Inerzia del carico eccessiva
Scarsa regolazione del servo
Risonanza meccanica
Giunto flessibile
Dimensionamento del motore errato
Anche in questo caso, la sostituzione del motore con uno più grande potrebbe non risolvere il problema di fondo.
Problema 4: la posizione di taglio non è corretta
Le possibili cause includono:
Scarsa sincronizzazione
Errore dell'encoder
Gioco meccanico
Temporizzazione del sensore
Parametri di movimento errati
Questo è un buon esempio del motivo per cui il movimento della macchina-da imballaggio dovrebbe essere trattato come un sistema completo.
Come Auric si avvicina ai servomotori per le macchine per l'imballaggio
Per i produttori di macchine per l’imballaggio, un servomotore raramente è un componente isolato.
Deve adattarsi alla struttura meccanica e comunicare correttamente con il sistema di controllo della macchina.
Auricofornisce soluzioni di servomotori per macchinari OEM e applicazioni di automazione industriale.
Per le applicazioni di imballaggio, i fattori chiave possono includere:
- Coppia continua
- Coppia di picco
- Velocità operativa
- Accelerazione
- Inerzia del carico
- Configurazione dell'encoder
- Voltaggio
- Dimensioni dell'albero
- Dimensioni di montaggio
- Requisiti dei freni
- Compatibilità del servoazionamento
Questo approccio basato sull'applicazione- è utile quando un motore del catalogo standard non corrisponde direttamente alla macchina.
Per i progetti OEM, la configurazione del motore può essere valutata in base ai requisiti effettivi dell'apparecchiatura anziché scegliere un modello basato solo sulla potenza nominale.
Cosa dovresti inviare a un produttore di servomotori?
Se vuoi un consiglio motorio utile, non limitarti ad inviare:
"Si prega di indicare un servomotore per la macchina confezionatrice."
Fornire al fornitore informazioni sufficienti per comprendere l'applicazione.
Informazioni di base sulla macchina
Tipologia macchina confezionatrice
Applicazione del motore
Velocità di produzione
Orario di lavoro giornaliero
Informazioni meccaniche
Carico
Diametro del rullo
Diametro del rotolo di pellicola
Rapporto di trasmissione
Tipo di trasmissione
Dimensione dell'albero
Dimensioni di montaggio
Informazioni sul movimento
Giri di funzionamento
Numero di giri massimo
Tempo di accelerazione
Tempo di decelerazione
Frequenza del ciclo
Precisione di posizionamento richiesta
Informazioni elettriche
Alimentazione elettrica
Servoazionamento
Controllore
Requisiti dell'encoder
Interfaccia di comunicazione
Quanto più complete sono le informazioni, tanto meno congetture sono coinvolte nella selezione del motore.
Lista di controllo per l'acquirente del servomotore per l'imballaggio
Prima di effettuare un ordine, confermare quanto segue:
Motore
Potenza nominale
Coppia continua
Coppia di picco
Velocità nominale
Velocità massima
Inerzia del motore
Feedback
Tipo di codificatore
Risoluzione dell'encoder
Assoluto o incrementale
Compatibilità unità
Meccanico
Diametro dell'albero
Dimensioni di montaggio
Cambio
Freno
Accoppiamento
Applicazione
Carico
Accelerazione
Tempo di ciclo
Ciclo di lavoro
Precisione di posizionamento
Ambiente
Temperatura
Polvere
Umidità
Vibrazione
Domande frequenti
Considerazioni finali
A servomotore per macchine confezionatrici dovrebbe essere selezionato in base ai requisiti di movimento della macchina-non semplicemente in base al numero di potenza del motore.
La soluzione giusta deve considerare l’intero sistema:
Carico + Velocità + Accelerazione + Inerzia + Posizionamento + Sincronizzazione + Duty Cycle
Per l'alimentazione della pellicola, la priorità può essere la lunghezza precisa e la tensione stabile.
Per il taglio, la risposta dinamica e la sincronizzazione potrebbero essere più importanti.
Per il riempimento, la ripetibilità e il movimento controllato possono avere la priorità.
Per l'indicizzazione rotativa, l'inerzia e la precisione di posizionamento possono diventare i fattori chiave.
Questo è il motivo per cui non esiste un "miglior servomotore per macchine confezionatrici" universale.
Il motore migliore è quello che si adatta all'asse specifico, funziona correttamente con il servoazionamento e il controller ed è in grado di ripetere il movimento richiesto in modo affidabile durante tutto il ciclo di produzione.
Per i produttori di macchine confezionatrici OEM, fornire al fornitore i requisiti effettivi di carico, velocità, accelerazione, dimensioni meccaniche, tensione e controllo è il modo più rapido per ottenere una raccomandazione utile.
Auric può valutare questi parametri applicativi e aiutare i clienti OEM a selezionare una configurazione del servomotore adatta alle loro apparecchiature di imballaggio.
