Cylindre électrique également connu sous le nom actionneur linéaire industriel, est l'une des solutions de mouvement linéaire qui nécessite un entraînement à grande vitesse avec une grande force. La conception d'un cylindre électrique pour une machine à presser implique plusieurs considérations clés, notamment les exigences en matière de force, la longueur de course, la vitesse, la précision et le contrôle. Vous trouverez ci-dessous un guide étape par étape pour concevoir un cylindre électrique pour une application de pressage :
1. Définir les exigences de l'application
Force (kN ou lbs) : Déterminez la force de pression maximale requise.
Longueur de course (mm ou pouces) : jusqu'où le cylindre doit s'étendre/se rétracter.
Vitesse (mm/s ou in/s) : Vitesse linéaire souhaitée pendant le fonctionnement.
Cycle de service : fonctionnement continu ou intermittent.
Précision (mm ou pouces) : Précision de positionnement requise (par exemple ±0,01 mm).
Environnement : Température, poussière, humidité, etc.
2. Sélectionnez le type de cylindre électrique
Les vérins électriques existent dans différentes configurations :
Entraînement par vis à billes : haute précision, force élevée, vitesse modérée.
Entraînement par vis mère : coût inférieur, efficacité inférieure, adapté aux charges plus légères.
Entraînement par courroie : vitesse élevée, capacité de force inférieure.
Moteur linéaire : vitesse et précision ultra élevées, coûteux.
Pour les machines à presser, vérins électriques à vis à billes sont couramment utilisés en raison de leur force et de leur précision élevées.
3. Sélection de moteur électrique
Servomoteur : haute précision, contrôle dynamique, idéal pour les applications de pressage.
Moteur pas à pas: Coût inférieur, adapté aux applications plus simples avec contrôle en boucle ouverte.
Moteur AC/DC avec encodeur : pour le contrôle de base de la vitesse/position.
Paramètres clés du moteur :
Couple (Nm ou lb-in) – Doit répondre aux exigences de force.
Vitesse (RPM) – Doit correspondre à la vitesse linéaire requise.
Puissance (kW ou HP) – Dépend de la force et de la vitesse.
Calcul des forces :
F=2π×Couple moteur×Efficacité/Pas de vis
Où :
F= Force linéaire (N)
Pas de vis = Distance parcourue par tour (mm/tr)
Efficacité (~90% pour les vis à billes)
4. Considérations de conception mécanique
Cadre et boîtier : doivent résister aux forces de pression sans déformation.
Rails de guidage : roulements linéaires ou rails profilés pour un mouvement fluide.
Butées finales : limites mécaniques pour la protection contre les dépassements.
Accouplements et montage : assurez-vous d'un bon alignement entre le moteur et la vis.
5. Système de contrôle
PLC ou Motion Controller : Pour les cycles de pressage automatisés.
Retour de force et de position : cellules de pesée ou capteurs de pression pour un contrôle en boucle fermée.
Interface HMI : pour la saisie et la surveillance de l'opérateur.
Exemple de séquence de pression :
Approche rapide (vitesse élevée, force faible).
Pressage (force/vitesse contrôlée).
Temps de séjour (force de maintien).
Rétracter.
6. Caractéristiques de sécurité
Protection contre les surcharges : limites de couple dans les servomoteurs.
Arrêt d'urgence : coupure de courant en cas de panne.
Freins mécaniques : empêchent le recul dans les applications verticales.
7. Exemple de calcul
Scénario :
Force requise : 10 kN
Longueur de course : 200 mm
Vitesse : 50 mm/s
Pas de vis à billes : 10 mm/tour
Précision de positionnement souhaitée : ±0,02 mm
Étapes :
Calcul du couple moteur :
Couple = F×Plomb/2π×Efficacité=10 000 N×0,01 m/2π×0,9≈17,7 Nm(Ajoutez une marge de sécurité de 20 à 30 % → ~22 Nm requis.)
Régime moteur :
RPM=Vitesse linéaire (mm/s)×60/Avance (mm/rev)=50×60/10=300RPMRPM=Avance (mm/rev)Vitesse linéaire (mm/s)×60=1050×60=300RPMSélection du moteur :
Un servomoteur avec Couple ≥22 Nm et ≥300 tr/min (par exemple, 400W-750W servomoteur avec boîte de vitesses si besoin).
8. Avantages des cylindres électriques dans les machines à presser
Contrôle précis de la force et de la position (vs hydraulique/pneumatique).
Économe en énergie (aucune pression de fluide constante nécessaire).
Propre et peu d’entretien (pas de fuites d’huile ni de compresseurs d’air).
Programmable (profils de presse flexibles).
9. Défis potentiels
Coût initial plus élevé que l’hydraulique/pneumatique.
Génération de chaleur dans des cycles de service élevés (peut nécessiter un refroidissement).
Force limitée par rapport aux grands systèmes hydrauliques.
Conclusion
Un cylindre électrique pour une presse doit être conçu en fonction de :
• Exigences en matière de force, de vitesse et de course.
• Besoins de précision et de contrôle.
• Sélection appropriée du moteur et des vis.
• Intégration avec des systèmes de sécurité et de rétroaction.
Pour les applications lourdes (par exemple >50 kN), les systèmes hydrauliques peuvent toujours être préférables, mais les vérins électriques excellent dans le pressage de précision (par exemple, assemblage électronique, fabrication de dispositifs médicaux).
