서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크: 에너지 소비 분석
저자: 마크 행크스
에너지 소비는 CNC 프레스 브레이크를 선택할 때 중요한 요소입니다. 전통적인 전기유압 프레스 브레이크는 상부 빔 움직임을 제어하기 위해 서보 비례 밸브를 사용하지만, 스로틀링과 오버플로우로 인한 에너지 경쟁에서 발생하는 전기유압식 구조 손실은 전체 효율을 떨어뜨립니다.
서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크와 가변 속도 서보 모터는 다양한 굽힘 요구사항에 따라 유압 흐름과 압력을 직접 제어할 수 있습니다. 이 첨단 시스템은 불필요한 에너지 소비를 줄이고 유압 효율을 높이며 온도 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
이 글에서는 시뮬레이션 분석을 통해 서보 펌프와 서보 밸브 유압 시스템의 비교를 설명하고, 왜 서보 펌프 기술이 에너지 효율적인 판금 성형에 좋은 선택이 되고 있는지 설명할 것입니다.
서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크란 무엇인가요?
서보 펌프 기술을 적용한 CNC 프레스 브레이크는 유압 시스템 내에 혁신적인 프레스 브레이크 램 움직임 제어 시스템을 활용합니다. 이 시스템 내에서 서보 모터가 유압 펌프를 구동하는 역할을 합니다.
전통적인 서보 비례 밸브 시스템으로 제어되는 프레스 브레이크와 펌프 서보 시스템의 중요한 차이점은 과도한 유압유 흐름을 제어하는 방식입니다. 펌프 서보 시스템은 특정 굽힘 사이클에 대한 시스템의 요구에 따라 유압유 출력을 조절하여 스로틀링 손실을 줄입니다.
제조업체들이 생산 공정에 요구되는 에너지와 기계 운영 비용에 점점 더 관심을 가지면서, 생산 공정의 최적화에 초점이 맞춰지고 있습니다. 서보 펌프 제어 기술과 같은 스마트 제어 전략을 통해 가까운 미래에 에너지 효율적인 CNC 프레스 브레이크 유압 시스템이 구현될 가능성이 높습니다.
1. 서보 펌프 유압 시스템은 어떻게 작동하나요?
서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크의 유압 회로도는 그림 1에 나와 있습니다.
그림 1. 서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크의 유압 회로도
서보 펌프 제어 시스템의 작동 과정은 다섯 단계로 구성됩니다:
고속 접근 단계
서보 모터 1M/2M은 양방향 고정 배양 펌프(3)를 전방 회전으로 구동하며, 유압 실린더(12)의 로드리스 챔버에 오일을 공급합니다. 동시에 주입 밸브(11)가 열리면서 충전 탱크에서 추가 오일이 공급되어 실린더 유량이 증가합니다. 램은 서보 모터 속도로 빠르게 하강하며, 접근 속도는 서보 모터 속도로 제어됩니다.
작동 피드 단계
굽힘 공구가 작업물에 닿으면 충전 밸브가 닫힙니다. 유압유는 펌프에서만 공급되어 실린더 내부에 압력이 쌓일 수 있습니다. 작동 피드 속도는 서보 모터의 회전 속도에 의해 정밀하게 제어됩니다.
드웰 스테이지
램이 사점에 도달하면 서보 펌프가 회전을 멈춥니다. 이 시스템은 굽힘 후 스프링백 변형을 줄이기 위해 압력을 유지합니다.
압력 완화 단계
이 단계에서 펌프 방향은 서보 모터의 제어에 따라 바뀌고, 오일은 로드 챔버로 공급됩니다. 램은 CNC 제어 하에 천천히 위로 올라갑니다.
리턴 스트로크 단계
서보 펌프는 역방향으로 계속 작동합니다. 충전 밸브를 열어 로드리스 챔버 내의 오일이 주입 탱크로 돌아갈 수 있도록 합니다. 복귀 속도는 서보 모터 속도에 의해 조절됩니다.
서보 펌프와 서보 밸브 유압 시스템 비교
| 비교 항목 | 서보 밸브 제어 시스템 | 서보 펌프 제어 시스템 |
| 제어 원리 | 서보 밸브와 비례 밸브를 사용해 유압 흐름과 압력을 조절합니다 | 서보 모터가 구동하는 가변 배양 펌프를 사용하여 유량 출력을 직접 제어합니다 |
| 응답 속도 | 매우 빠른 응답(일반적으로 5–50ms), 고속 동적 제어에 적합합니다 | 펌프 관성으로 인한 반응 속도는 느리지만(일반적으로 100–500ms), CNC 프레스 브레이크 응용에는 충분합니다 |
| 에너지 효율 | 스로틀링 손실과 오버플로우 손실로 인한 효율성 저하; 더 많은 열 발생 | 실제 수요에 따라 유압 동력이 공급되기 때문에 효율이 더 높으며; 불필요한 에너지 소비를 줄여줍니다 |
| 열 발생 | 더 많은 수압열을 발생시키며, 종종 더 큰 냉각 시스템이 필요합니다 | 열 발생이 줄어들어 유압 오일 온도 안정성을 높이고 냉각 요구량을 줄입니다 |
| 제어 정확도 | 탁월한 위치, 속도, 압력 제어 정확도 | 정적 정확도는 높지만 동적 추적 성능은 약간 낮습니다 |
| 시스템 비용 | 부품 비용 절감, 성숙한 기술, 유지보수 용이함 | 서보 모터와 가변 펌프로 인한 초기 투자 증가 |
| 시스템 복잡도 | 표준화된 밸브 부품을 가진 더 단순한 유압 구조 | 서보 펌프, 제어 전자장치, 추가 유압 부품을 포함한 더 복잡한 폐쇄 루프 시스템 |
| 과부하 보호 | 안전 밸브를 통한 빠른 압력 해방, 민감한 과부하 보호 기능을 제공합니다 | 주로 펌프 전력 제한에 의존하며, 과부하 반응이 느립니다 |
| 소음 수준 | 밸브 스위칭 소음과 압력 변동 증가 | 유압 소음이 적고 더 부드러운 작동을 제공합니다 |
위 비교표에서 설명했듯이, 서보 펌프와 서보 밸브 유압 시스템의 주요 차이점은 유압 오일 흐름을 제어하는 방식이 다르다는 점입니다. 서보 펌프 시스템은 필요한 유량에 따라 펌프 속도를 제어하여, 스로틀링 손실과 불필요한 에너지 소비를 줄이는 데 매우 유용합니다. 계속해서라RY의 서보 밸브 시스템은 밸브 개폐 시 유압 흐름을 조절하여 작동 중 추가적인 유압 손실을 발생시킵니다.
밸브 제어 시스템(스로틀링 제어)
밸브 제어 유압 시스템에서는 펌프가 일정한 압력과 오일 흐름을 유지합니다. 비례 밸브는 유압 실린더로 가는 흐름을 완전히 제어할 수 있게 해줍니다.
이러한 조건에서는 부하가 요구하는 압력과 유량을 초과하여 밸브에서 스로틀링하거나 릴리프 밸브를 통해 배출합니다. 이로 인해 과도한 유압 에너지가 열로 변환되어 에너지 손실이 발생합니다.
비유하자면, 수도는 완전히 열려 있고, 흐름은 차단 밸브로 배관 출구를 부분적으로 막아 제어합니다. 과도한 수압은 낭비됩니다. 이 시스템들은 거의 항상 개방형 유압 회로를 사용합니다.
펌프 제어 시스템(체적 제어)
펌프 제어 유압 시스템에서는 가변 펌프의 배양 또는 속도를 조절하여 액추에이터의 움직임을 제어하여, 부하가 요구하는 유량과 압력을 제공하고 최소한의 스로틀링 손실을 발생시킵니다.
이 시스템에서 펌프의 출력은 액추에이터가 필요로 하는 정확한 유량이 되어 거의 넘침이 발생하지 않고, 스로틀링과 열 손실도 거의 없습니다.
비유하자면, 이런 시스템은 과도한 압력을 낭비하지 않는 펌프 제어 물 시스템, 가변 속도 물 펌프와 매우 유사합니다. 이 시스템들은 거의 항상 고정 배량 모터 또는 유압 실린더가 장착된 가변 배량 펌프를 사용하는 폐쇄형 유압 회로로 설계됩니다.
2. CNC 프레스 브레이크 에너지 소비 분석
2.1 모델 설정 및 작동 순서
밸브 제어 CNC 프레스 브레이크 유압 시스템의 시뮬레이션 모델이 다음과 같이 구축되었습니다. 그림 2, 그리고 CNC 프레스 브레이크의 펌프 제어 유압 시스템 모델(다음과 같은) 그림 3. 두 시스템의 작동 매개변수는 표 1에 나와 있습니다.
그림 2 프레스 브레이크용 밸브 제어 유압 시스템의 시뮬레이션 모델
그림 3. 프레스 브레이크용 펌프 제어 유압 시스템의 시뮬레이션 모델
표 1. 동작 시간 및 속도 사양
| 작전 | 빠른 접근 | 작동 피드 | 거주 | 압력 완화 | 리턴 스트로크 |
| 밸브 제어 시간 | 1.5 | 2 | 1.5 | 1.5 | 2 |
| 속도 (mm/s) | 90 | 8.5 | 0 | 0 | 75 |
| 펌프 제어 시간 | 0.75 | 2 | 1.5 | 1.5 | 1 |
| 속도 (mm/s) | 180 | 8.5 | 0 | 0 | 150 |
서보 펌프 제어 시스템은 서보 모터를 사용해 펌프 속도와 유량을 직접 조절합니다. 서보 모터는 전통적인 고정 속도 모터에 비해 빠른 반응과 높은 회전 속도를 가지며, 궁극적으로 접근 및 복귀 스트로크 시간을 단축하는 장점이 있습니다.
적절한 평가를 위해 두 시스템 모두 동일한 유압 매개변수로 설정되었습니다. 주요 설정은 표 2에 나와 있습니다.
표 2. 주요 매개변수 설정
| 구성 요소 / 시스템 | 매개 변수 | 가치 |
| 유압 실린더 (두 시스템 모두) | 보어 직경 | 170 mm |
| 막대 직경 | 160mm | |
| 획 | 200mm | |
| 밸브 제어 시스템 | 펌프 배량 | 16cc/회전 |
| 모터 스피드 | 1450 회전/분 | |
| 펌프 제어 시스템 | 양방향 펌프 변위 | 16cc/회전 |
| 두 시스템 모두 | 하중 힘 | 625,000 N (한 변) |
| 밸브 제어 시스템 | 서보 밸브 정격 전류 | 40 mA |
| 서보 밸브 고유 주파수 | 80 Hz |
밸브 제어 시스템의 경우, 서보 밸브 개방은 입력 전류 신호를 통해 조정되어 필요한 실린더 속도를 달성했습니다. 방향 밸브와 충전 밸브는 작동 순서에 따라 제어되었습니다. 피스톤 변위-시간 곡선은 그림 4에 나타난다.
그림 4. 유압 실린더 피스톤 변기량과 시간 곡선
펌프 제어 시스템의 경우, 서보 모터 속도가 펌프 출력 흐름과 방향을 제어합니다. 채우기 밸브 작동은 방향성 밸브 스위칭을 통해 제어되었으며, 결과적인 변위 곡선도 그림 4에 제시되어 있습니다.
2.2 서보 펌프 CNC 프레스 브레이크가 얼마나 많은 에너지를 절약할 수 있나요?
서보 펌프 제어 시스템은 빠른 접근 및 리턴 스트로크 단계의 속도를 높여 사이클 시간을 단축합니다. 시뮬레이션 스텝 크기는 0.001초로 설정되었으며, 밸브 제어 시스템은 총 8.5초, 펌프 제어 시스템은 6.75초였습니다.
양방향 펌프의 압력 및 유량 데이터는 MATLAB으로 전송되어 전력 소비를 계산했습니다. 멱-시간 곡선은 그림 5에 나타났다.
그림 5. 힘과 시간 곡선
작동 시 공급 및 반환 단계에서 서보 펌프 제어 시스템은 에너지가 액추에이터에 직접 공급되어 더 높은 순간 출력을 보였습니다. 반면, 밸브 제어 시스템은 스로틀링과 넘침으로 인한 추가 유압 손실을 경험합니다.
MATLAB 수치 적분은 다음과 같이 나타났습니다:
• 서보 펌프 제어 시스템: 사이클당 약 43.69 kJ
• 밸브 제어 시스템: 사이클당 약 124.9 kJ
따라서 동일한 작업 조건에서 서보 펌프 제어 시스템은 밸브 제어 시스템에 비해 약 65% 적은 에너지를 소비했습니다.
2.3 유압 오일 유량 감소 및 온도 이점
JS 라고스 시뮬레이션에서 얻은 전체 유압 오일 흐름 곡선은 그림 6에 나타났습니다.
그림 6. 총 유량과 시간 곡선 비교
유류 부피 수요는 고속 접근 단계에서 펌프 출구와 주입 밸브의 유량을 통합하여 계산했습니다.
시뮬레이션 결과에서 우리는 다음을 알 수 있습니다.
• 서보 펌프 제어 시스템: ~ 7.53L
• 밸브 제어 시스템: ~ 10.243 L
같은 작동 사이클 동안, 서보 펌프 제어 시스템은 유압 오일 유량 양을 약 26% 줄여야 했습니다.
서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크에 적합한 고객은 어떤 유형인가요?
기존 시스템과 비교할 때, 펌프 제어 기술은 에너지 효율을 높이고, 유압 손실을 줄이며, 온도 안정성을 개선했습니다. 하지만 직접 구동 서보 모터, 가변 배량 펌프, 첨단 제어 장치의 사용으로 인해 기존 시스템에 비해 가격이 더 높아집니다.
가격 때문에 펌프 제어 기술은 모든 제조 환경에 이상적이지 않습니다. 하지만 특히 다음과 같은 제조 환경에 이상적입니다:
1. 장시간 운영 중인 대량 제조업체
판금 제조에서 작업장이 장시간 운영될 때 에너지 비용은 전체 제조 비용에 큰 비중을 차지합니다.
전통적인 서보 밸브 제어 시스템에서는 유압 에너지가 이 과정에서 열로 변환되며, 이 에너지 손실은 스로틀링 손실의 한 형태입니다.
기존 시스템과 달리, 서보 펌프 기술을 기반으로 한 제어 시스템은 각 굽힘 작업의 요구를 충족하기 위해 펌프의 출력을 제어합니다. 이 시스템은 장기간 생산 기간 동안 에너지 소비를 최소화하기 위해 각 작업에 필요한 유압 에너지를 공급하도록 설계되었습니다.
펌프 제어 기술은 다음 산업에 이상적입니다:
자동차 부품 제조
대량 전기 캐비닛 생산
대형 가전제품을 위한 판금 제조
대량 금속 가공 제조
2. 에너지 비용 증가에 우려하는 제조업체들
산업 내 전기 요금 상승은 운영 비용 증가를 의미합니다. 이러한 상황은 제조업체들이 새로운 제조 기술을 구매할 때 운영 비용을 고려하게 만들었습니다.
이와 관련해, 펌프 제어 기술은 전기요금이 높은 국가에 위치한 제조업체나 탄소 발자국을 줄이고자 하는 제조업체들에게 경쟁 우위를 제공합니다.
3. 유압 유체 온도 제어로 안정화된 생산 환경
고전적인 유압 시스템은 스로틀링 손실로 인해 불필요한 열이 발생해 효율이 떨어집니다. 이로 인해 고속 운전 시 유압 시스템에 상당한 부정적 영향을 미칠 수 있습니다.
- 유압유 온도 상승
- 유압유 열화
- O-링 및 씰의 열화
- 시스템의 안정성 저하
서보 펌프 시스템은 에너지 손실을 제거함으로써 더 적은 열을 발생시키고 유압유 온도의 안정성을 높이도록 설계되었습니다.
따라서 이 카드들은 다음과 같은 조건에 더 적합합니다.
- 고온 환경에서의 생산 활동
- 24시간 연중무휴 생산 시설에서 굽힘 기계의 연속 운영
- 높은 장비 안정성이 요구되는 생산 라인
4. 투자 가치에 집중하는 기업들
펌프 제어 시스템의 구매 가격은 일반적으로 밸브 제어 시스템보다 높습니다. 하지만 전자는 초기 비용이 더 높아지는 것을 본질적으로 상쇄하는 중요한 장기적 이익을 창출하도록 설계되었으며, 다음과 같은 것들이 포함됩니다:
- 유압 에너지 손실 감소
- 시스템 난방 감소
- 냉각 수요 감소
- 유압 부품의 작동 조건 안정성 향상
이러한 이점은 시스템의 전체 비용 절감과 유압 시스템 수명 동안 유지보수 감소로 이어집니다.
프레스 브레이크의 장기 생산에 집중하는 제조업체에게는 펌프 제어 기술이 더 편리한 시스템입니다.
5. 고도로 자동화된 제조업체
현대 자동화 생산 라인의 요구사항은 다음과 같습니다:
- 매우 안정적인 기계의 작동
- 높은 반복성
- 확장되고 이상적으로는 연속적인 생산이
고유압 안정성을 가진 서보 펌프 제어 시스템을 이용한 자동화 생산 기술은 로봇 프레스 브레이크와 자동 굽힘 셀을 포함하는 현재 전형적인 고도로 자동화된 생산 시스템에 특히 적합합니다.
서보 펌프 기술의 장점
1. 속도 증가
가변 주파수 구동 모터의 응답 시간은 약 600ms입니다. 반면, 영구 자석 동기 모터와 서보 드라이브를 사용하면 이 시스템은 50ms의 응답 시간을 달성할 수 있습니다.
2. 향상된 제어
서보 모터 펌프 제어 시스템에서는 폐쇄 루프 제어 시스템이 구현됩니다. 명령값은 속도 및 압력 센서를 통해 실제 값과 지속적으로 비교됩니다.
제어 시스템은 서보 모터와 펌프 시스템을 자동으로 조정하여 압력, 유량, 움직임을 최적으로 제어합니다.
3. 에너지 소비 감소
서보 모터 펌프 제어 시스템은 가변 속도 제어 시스템으로 설계되므로, 서보 모터는 시스템의 유량 요구에 따라 속도를 조절할 수 있습니다. 따라서 시스템이 저속으로 작동할 때 시스템의 에너지 소비가 감소합니다.
다양한 기계 구성과 운영 조건에서 에너지 절감은 30%에서 80% 사이일 수 있습니다.
4. 통합 유압 시스템m
서보 모터 펌프 제어 시스템은 고정 배양 펌프가 비례 출력을 제공할 수 있게 합니다. 이로 인해 많은 시스템 구성 요소에 대한 요구사항이 줄어들어 시스템이 더욱 단순화됩니다.
이 시스템은 지속적인 고압 넘침을 줄이고 유압 오일의 온도를 낮춰 전체 유압 시스템의 수명을 연장합니다.
5. 소음 수준 감소 및 높은 환경 적합성
서보 모터 펌프 제어 시스템의 속도 제어 기능 때문에 시스템의 소음 수준은 현재 작동 수요만큼만 높게 유지됩니다.
일반적인 소음 수준은 표준 유압 시스템보다 약 8-10dB 낮아 작업장의 음향 환경을 크게 향상시킵니다.
결론
서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크는 전통적인 서보 비례 밸브 제어 유압 시스템에 비해 더 에너지 효율적인 옵션을 제공합니다. 실제 굽힘 요구사항에 따라 펌프 속도와 유압유 흐름을 직접 제어함으로써, 서보 펌프 기술은 스로틀링 손실을 줄이고 전반적인 유압 오일 효율을 향상시킬 수 있습니다.
JS RAGOS 시뮬레이션 분석에 따르면, 서보 펌프 제어 시스템은 동일한 작동 조건에서 서보 밸브 제어 시스템에 비해 굽힘 사이클당 약 65% 적은 에너지를 소비했습니다. 또한, 유압 유량 감소는 열 발생을 줄이고 연속 기계 작업 시 유압 오일 온도를 더 잘 제어하는 데 도움을 줍니다.
대생산량, 긴 기계 운영 시간, 증가하는 에너지 문제를 가진 판금 제작자에게 JS Ragos 서보 펌프 제어 프레스 브레이크는 장기적으로 상당한 이점을 제공할 수 있습니다.
JS RAGOS는 에너지 절약형 CNC 프레스 브레이크 및 지능형 판금 성형 솔루션 개발에 전념하고 있습니다. 첨단 유압 기술을 실용적인 제조에 도입함으로써 고객들이 보다 효율적이고 지속 가능한 생산을 달성할 수 있도록 돕습니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
Q1. 서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크란 무엇인가요?
S에르보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크이 특징과 서보 모터가 직접 제어링유압 펌프 속도와 출력 유량. 비교전통적인 밸브 제어 시스템으로, 실제 굽힘 요구에 따라 유압 동력을 공급합니다그리고 저장에너지.
질문 2. 서보 펌프 CNC 프레스 브레이크가 얼마나 많은 에너지를 절약할 수 있나요?
JS RAGOS 시뮬레이션 결과에 따르면, 서보 펌프 제어 시스템은 서보 밸브 제어 유압 시스템에 비해 사이클당 약 65% 적은 에너지를 소비했습니다. 저도 마찬가지예요운영 조건.
하지만 진짜는에너지 절감 여러 요인에 의해 영향을 받습니다.기계 구성, 생산 주기, 굽힘 조건, 작동 시간, 등등.
질문 3. 뭐라고?s서보 펌프의 차이점 체계 그리고 서보 밸브 유압 시스템은요?
서보 밸브 시스템이 유압 제어를 담당합니다 기름 흐름 통제밸브 개방그리고 폐쇄, 그럴 거야 결과는스로틀링 손실 및 더 높이열 발생.
서보 펌프 시스템이 제어합니다 수력의 흐름 규제펌프 속도가 필요할 때만 유압 동력을 공급할 수 있게 했습니다. 에너지에 더 친근합니다 능률, 그리고유압유 온도.
질문 4. 서보 펌프 CNC 프레스 브레이크는 모든 제조사에 적합한가요?
서보 펌프 CNC 프레스 브레이크는 특히 적합한판금 제작기생산량이 많았던그리고긴 운영 시간.
고객을 위해 높지 않아기계 활용 또는 WHO 돈’예산이 충분하지 않아요, 전통적인 서보 밸브 제어 시스템 할 수 있어여전히 적합한 선택지입니다.
질문 5. 서보 펌프 기술이 CNC 프레스 브레이크 성능을 향상시킬 수 있을까요?
네. 서보 펌프 시스템은 더 빠른 접근 및 반환을 제공하여 기계 효율성을 향상시킬 수 있습니다 작업 속도그리고 연속 생산 중 더 안정적인 작동을 의미합니다.
질문 6. 서보 펌프 CNC 프레스 브레이크가 더 높은 투자를 할 가치가 있을까요?
서보 펌프 시스템은 보통 서보 밸브 시스템보다 비용이 더 비싸지만, 에너지 소비와 열 발생이 적어 장기적인 운영 비용과 투자 수익률이 더 우수할 수 있습니다.
