서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크: Energy Consumption Analysis

By Author: 마크 행크스

에너지 소비는 CNC 프레스 브레이크를 선택할 때 중요한 주제입니다. Traditional electro-hydraulic press brakes use servo proportional valves to control upper beam movement, 하지만 이 에너지 경쟁에서 발생하는 전기 유압 구조물 손실은 스로틀링과 넘침으로 인한 전반적인 효율을 낮춥니다.

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 줄일 수 있습니다, 유압 효율 향상, 그리고 더 나은 온도 안정성을 제공합니다.

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 기술이 적용된 CNC 프레스 브레이크는 유압 시스템 내에 혁신적인 프레스 브레이크 램 움직임 제어 시스템을 사용합니다. 이 시스템 내에서, 서보 모터는 유압 펌프를 구동하는 역할을 합니다.

전통적인 서보 비례 밸브 시스템으로 제어되는 프레스 브레이크와 펌프 서보 시스템의 중요한 차이점은 과도한 유압유 흐름을 제어하는 방식에 있습니다. 펌프 서보 시스템은 특정 굽힘 사이클에 대한 시스템의 요구에 따라 유압 오일 출력을 조절합니다, 이는 스로틀링 손실을 줄여줍니다.

제조업체들이 생산 공정에 요구되는 에너지와 기계 운영 비용에 점점 더 관심을 갖게 됨에 따라, 초점은 생산 공정의 최적화가 됩니다. 더 스마트한 제어 전략을 통해 가까운 미래에 에너지 효율적인 CNC 프레스 브레이크 유압 시스템이 구현될 가능성이 높습니다, 예를 들어 서보 펌프 제어 기술.

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/2M이 양방향 고정 배양 펌프를 구동합니다 (3) 전방 회전, 유압 실린더의 로드리스 챔버에 오일을 공급하는 과정 (12). 동시에요, 채움 밸브 (11) 개봉, 충전 탱크에서 추가 오일을 공급하여 실린더 유량을 증가시키는 방식입니다. 램은 빠르게 아래로 움직인다, 서보 모터 속도로 제어 접근 속도.

작동 피드 단계

굽힘 도구가 작업물에 닿을 때, 채움 밸브가 닫히는. 유압유는 오직 펌프에서만 공급됩니다, 실린더 내부에 압력이 쌓이도록 허용합니다. 작동 이송 속도는 서보 모터의 회전 속도로 정밀하게 제어됩니다.

드웰 스테이지

램이 사점에 도달한 후, 서보 펌프가 회전을 멈춥니다. 시스템은 굽힘 후 스프링백 변형을 줄이기 위해 압력을 유지합니다.

압력 완화 단계

이 단계에서는, 펌프 방향은 서보 모터의 제어 하에 따라 변합니다, 그리고 오일은 로드 챔버에 공급됩니다. 램은 CNC 제어 하에 천천히 위로 올라갑니다.

리턴 스트로크 단계

서보 펌프는 역방향으로 계속 작동합니다. 충전 밸브를 열어 로드리스 챔버의 오일이 충전 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 대응 (보통 5–50ms), 고속 동적 제어에 적합	펌프 관성으로 인한 느린 반응 (보통 100–500ms), CNC 프레스 브레이크 응용에는 충분하다
에너지 효율	스로틀링 손실과 오버플로우 손실로 인한 낮은 효율성; 더 많은 열 발생	효율이 높은데, 실제 수요에 따라 유압 동력이 공급되기 때문입니다; 불필요한 에너지 소비를 줄여줍니다
열 발생	더 많은 수압열을 생성합니다, 종종 더 큰 냉각 시스템이 필요합니다	열을 덜 발생시킵니다, 유압 오일 온도 안정성 향상과 냉각 요구 감소
제어 정확도	훌륭한 위치입니다, 속도, 그리고 압력 제어 정확도	정적 정확도는 높지만 동적 추적 성능은 약간 낮습니다
시스템 비용	부품 비용 절감, 성숙한 기술, 유지보수가 쉬워졌습니다	서보 모터와 가변 펌프로 인한 초기 투자 증가
시스템 복잡도	표준화된 밸브 부품을 가진 더 단순한 유압 구조	서보 펌프를 이용한 더 복잡한 폐루프 시스템, 제어 전자, 추가 유압 부품
과부하 보호	안전 밸브를 통한 빠른 압력 완화, 민감한 과부하 보호	주로 펌프 전력 제한에 의존합니다, 과부하 반응이 느려졌습니다
소음 수준	밸브 스위칭 소음과 압력 변동 증가	유압 소음이 적고 더 부드러운 작동을 제공합니다

위 비교표에 설명된 바와 같이요, 서보 펌프와 서보 밸브 유압 시스템의 주요 차이점은 유압 오일 흐름을 제어하는 방식이 다르다는 점입니다. 서보 펌프 시스템은 필요한 유량에 따라 펌프 속도를 제어합니다, 이는 스로틀링 손실과 불필요한 에너지 소비를 줄이는 데 매우 도움이 됩니다. 오히려, 서보 밸브 시스템은 밸브 개폐를 통해 유압 흐름을 조절합니다, 이로 인해 작동 중 추가적인 유압 손실이 발생합니다.

밸브 제어 시스템 (스로틀링 제어)

밸브 제어 유압 시스템에서, 펌프는 일정한 압력과 오일 흐름을 유지합니다. 비례 밸브는 유압 실린더로의 흐름을 완전히 제어할 수 있게 해줍니다.

이러한 조건에서, 부하가 요구하는 압력과 유량을 초과하는 압력과 유량은 밸브에서 스로틀링하여 배출하거나 릴리프 밸브를 통해 배출됩니다. 이로 인해 과도한 유압 에너지가 열로 변환되어 에너지 손실이 발생합니다.

비유: 수도는 완전히 개방되어 있습니다, 흐름은 차단 밸브로 파이프 출구를 부분적으로 막아 제어합니다. 과도한 수압은 낭비됩니다. 이 시스템들은 거의 항상 개방형 유압 회로를 사용합니다.

펌프 제어 시스템 (부피 제어)

펌프 제어 유압 시스템에서, 액추에이터의 움직임은 가변 배양 펌프의 배양 또는 속도를 조절하여 제어합니다, 시스템이 부하에 의해 요구되는 유량과 압력을 제공하면서도 최소한의 스로틀링 손실을 발생시킵니다.

이 시스템에서 펌프의 출력은 액추에이터가 필요로 하는 정확한 유량입니다, 거의 넘치는 현상이 없어 스로틀링과 열 손실도 거의 없었습니다.

비유: 이런 시스템은 펌프 제어 수도 시스템과 매우 유사합니다, 가변 속도 워터 펌프, 과도한 압력을 낭비하지 않게 하는 방식입니다. 이 시스템들은 거의 항상 폐쇄형 유압 회로로 설계됩니다, 고정 배기량 모터 또는 유압 실린더가 장착된 가변 배량 펌프를 사용합니다.

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 모델이 있습니다, 다음과 같이 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 (s)	1.5	2	1.5	1.5	2
속도 (mm/s)	90	8.5	0	0	75
펌프 제어 시간 (s)	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 유량 출력을 직접 조절합니다. 서보 모터는 전통적인 고정 속도 모터에 비해 빠른 반응과 높은 회전 속도를 제공하여 접근 및 복귀 스트로크 시간을 단축하는 장점이 있습니다.

적절한 평가를 하기 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 (각 면당)
밸브 제어 시스템	서보 밸브 정격 전류	40 mA
	서보 밸브 고유 주파수	80 Hz

밸브 제어 시스템을 위해, 서보 밸브 개방은 입력 전류 신호를 통해 조정되어 필요한 실린더 속도를 달성했습니다. 방향 밸브와 주입 밸브는 작동 순서에 따라 제어되었습니다. 피스톤 변위-시간 곡선은 그림 4에 나타난다.

그림 4. 유압 실린더 피스톤 배기량과 비교. 시간 곡선

펌프 제어 시스템을 위해, 서보 모터 속도 제어 펌프 출력 흐름 및 방향. 채입 밸브 작동은 방향성 밸브 스위칭을 통해 제어되었습니다, 그리고 그 결과 변위 곡선도 그림 4에 나와 있습니다.

2.2 서보 펌프가 CNC 프레스 브레이크를 얼마나 절약할 수 있나요??

서보 펌프 제어 시스템은 빠른 접근 및 복귀 스트로크 단계의 속도를 높여 사이클 시간을 단축합니다. 시뮬레이션 스텝 크기는 0으로 설정되었습니다.001 s, 밸브 제어 시스템은 총 8.5초, 펌프 제어 시스템은 6.75초의 시뮬레이션 시간을 가졌습니다.

양방향 펌프의 압력 및 유량 데이터는 MATLAB으로 전송되어 전력 소비를 계산했습니다. 늪-시간 곡선은 그림 5에 나타난다.

그림 5. 파워 대. 시간 곡선

작동 시 급수 및 반환 단계, 서보 펌프 제어 시스템은 에너지가 액추에이터에 직접 공급되어 더 높은 순간 출력을 보였습니다. 반면에, 밸브 제어 시스템은 스로틀링과 넘침으로 인한 추가 유압 손실을 겪습니다.

MATLAB 수치 적분은 다음을 보여주었다.:

• 서보 펌프 제어 시스템: 사이클당 약 43.69 kJ

• 밸브 제어 시스템: 사이클당 약 124.9 kJ

따라서, 동일한 작업 조건 하에서, 서보 펌프 제어 시스템은 밸브 제어 시스템에 비해 약 65% 적은 에너지를 소비했습니다.

2.3 유압 오일 유량 감소 및 온도 이점

JS Ragos 시뮬레이션에서 얻은 총 유압 오일 흐름 곡선은 그림 6에 나타난다.

그림 6. 총 유량과 비교. 시간 곡선

급속 접근 단계에서 펌프 출구와 주입 밸브의 유량을 통합하여 오일 부피 수요를 계산했습니다.

시뮬레이션 결과에서, 우리는

• 서보 펌프 제어 시스템: ~ 7.53 L

• 밸브 제어 시스템: ~ 10.243 L

같은 작동 주기 동안, 서보 펌프 제어 시스템은 필요 ~ 26% 적은 유압유 유량을 요구했습니다.

서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크에 적합한 고객 유형은 무엇인가요??

기존 시스템과 비교해, 펌프 제어 기술은 에너지 효율을 높였습니다, 유압 손실 감소, 그리고 온도 안정성 향상. 그렇지만, 직접 구동 서보 모터의 사용, 가변 배량 펌프, 그리고 고급 제어, 이는 전통적인 시스템에 비해 더 높은 가격을 초래합니다.

가격 때문입니다, 펌프 제어 기술이 모든 제조 환경에 이상적이지는 않습니다. 그렇지만, 특히 이러한 제조 환경에 이상적입니다:

1. 장시간 운영 중인 대량 제조업체

판금 제조 분야, 작업 현장이 장시간 운영될 때 에너지 비용은 전체 제조 비용에 큰 영향을 미칩니다.

전통적인 서보 밸브 제어 시스템에서, 수력 에너지는 이 과정에서 열로 변환됩니다, 이 에너지 손실은 스로틀링 손실의 한 형태입니다.

전통적인 시스템과 대조적으로, 서보 펌프 기술을 기반으로 한 제어 시스템은 각 굽힘 작업의 요구를 충족하기 위해 펌프의 출력을 제어합니다. 이 시스템은 장시간 생산 시 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 가격 상승은 운영 비용 증가를 의미합니다. 이러한 상황은 제조업체들이 새로운 제조 기술을 구매할 때 운영 비용을 고려하게 만들었습니다.

이 맥락에서, 펌프 제어 기술은 전기요금이 높은 국가에 위치한 제조업체들에게 경쟁 우위를 제공합니다, 또는 탄소 발자국을 줄이고자 하는 제조업체들에게도 말이죠.

3. 유압 유체 온도 조절로 안정화된 생산 환경

전통적인 유압 시스템은 스로틀링 손실 때문에 효율이 떨어집니다, 불필요한 열을 발생시킵니다. 이로 인해 장시간 고속 운행 시 유압 시스템에 상당한 부정적 영향을 미칠 수 있습니다.

- 유압유의 높은 온도

- 유압유의 열화

- O-링과 씰의 열화

- 시스템의 안정성 저하

서보 펌프 시스템, 에너지 손실을 제거함으로써, 더 적은 열을 발생시키고 유압유 온도의 안정성을 높이도록 설계되었습니다.

그 결과, 이들은 더 적합한

- 고온 환경에서의 생산 활동

- 24시간 연중무휴 생산 시설에서 굽힘 기계의 연속 가동

- 높은 장비 안정성이 요구되는 생산 라인

4. 기업들은 투자 가치에 집중했습니다

펌프 제어 시스템의 구매 가격은 일반적으로 밸브 제어 시스템보다 높습니다. 그렇지만, 전자는 초기 비용이 더 높아지는 것을 본질적으로 상쇄하는 중요한 장기적 이익을 창출하도록 설계되었습니다, 포함:

- 유압 에너지 손실 감소

- 시스템 난방 감소

- 냉각 수요 감소

- 유압 부품의 작동 조건 안정성 향상

이러한 이점은 시스템의 전체 비용을 낮추고 유압 시스템 수명 동안 유지보수를 줄여줍니다.

프레스 브레이크의 장기 생산에 집중하는 제조업체들을 위한, 펌프 제어 기술이 더 편리한 시스템입니다.

5. 고도로 자동화된 제조업체들

현대 자동화 생산 라인의 요구사항은 다음과 같습니다:

- 매우 안정적인 기계의 작동

- 높은 반복성

- 확장된 생산과, 이상적으로는, 연속

높은 유압 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. 반면에, 영구 자석 동기 모터와 서보 드라이브를 사용해, 이 시스템은 50ms의 응답 시간을 달성할 수 있습니다.

2. 향상된 제어

서보 모터 펌프 제어 시스템, 폐쇄 루프 제어 시스템이 구현됩니다. 명령값은 속도 및 압력 센서를 통해 실제 값과 지속적으로 비교됩니다.

제어 시스템은 서보 모터와 펌프 시스템을 자동으로 조정하여 압력을 최적으로 제어합니다, 흐름, 그리고 운동.

3. 에너지 소비 감소

서보 모터 펌프 제어 시스템은 가변 속도 제어 시스템으로 설계되어 있기 때문입니다, 서보 모터는 시스템의 유량 요구에 따라 속도를 조절할 수 있습니다. 따라서, 시스템이 저속으로 작동할 때, 시스템의 에너지 소비가 감소합니다.

다양한 기계 구성과 다른 작동 조건에서, 에너지 절감 효과는 30%에서 80% 사이일 수 있습니다.

4. 통합 유압 시스템m

서보 모터 펌프 제어 시스템은 고정 변량 펌프가 비례 출력을 제공할 수 있게 합니다. 이로 인해 많은 시스템 구성 요소에 대한 요구사항이 줄어들어 시스템을 더욱 단순화할 수 있습니다.

이 시스템은 지속적인 고압 넘침을 줄이고 유압유의 온도를 낮춥니다, 이로 인해 전체 유압 시스템의 수명이 연장됩니다.

5. 소음 수준 감소와 높은 환경 적합성

서보 모터 펌프 제어 시스템의 속도 제어 기능 때문에 시스템의 소음 수준은 현재 작동 수요만큼만 높게 조절됩니다.

일반적인 소음 수준은 표준 유압 시스템보다 약 8-10 dB 낮을 수 있습니다, 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. 게다가, 유압 유량 요구량이 줄어들어 열 발생을 줄이고 연속 기계 작업 시 유압 오일 온도를 더 잘 조절하는 데 도움이 됩니다.

대량 생산을 하는 판금 제작자를 위한, 긴 기계 운행 시간, 그리고 에너지 문제 증가, JS Ragos의 서보 펌프 제어 프레스 브레이크는 장기적으로 상당한 이점을 제공합니다.

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)

질문 1. 서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크란 무엇인가요?

서보 펌프 제어 CNC 프레스 브레이크는 서보 모터가 유압 펌프 속도와 출력 유량을 직접 제어하는 기능을 특징으로 합니다. 전통적인 밸브 제어 시스템과 비교해, 실제 굽힘 요구에 따라 유압 동력을 공급하며 에너지를 절약합니다.

질문 2. 서보 펌프 CNC 프레스 브레이크가 얼마나 절약할 수 있는 에너지를 절약할 수 있나요?

JS RAGOS 시뮬레이션 결과에 따르면, 서보 펌프 제어 시스템은 동일한 작동 조건에서 서보 밸브 제어 유압 시스템에 비해 사이클당 약 65% 적은 에너지를 소비했습니다.

하지만 실제 에너지 절감은 기계 구성 등 여러 요인에 의해 좌우됩니다, 생산 주기, 굽힘 조건, 운영 시간, 등.

질문 3. 서보 펌프 시스템과 서보 밸브 유압 시스템의 차이점은 무엇인가요??

서보 밸브 시스템은 밸브의 개폐를 제어하여 유압유 흐름을 제어합니다, 이로 인해 스로틀링 손실과 열 발생 증가가 발생할 수 있습니다.

서보 펌프 시스템은 펌프 속도를 조절하여 유압 흐름을 제어합니다, 유압 동력이 필요할 때만 공급할 수 있게 하여. 에너지 효율이 더 좋아요, 그리고 유압 오일 온도.

Q4. 서보 펌프 CNC 프레스 브레이크는 모든 제조사에 적합한가요?

서보 펌프 CNC 프레스 브레이크는 대량 생산과 장시간 운전 시간을 가진 판금 제작자에게 특히 적합합니다.

기계 사용률이 높지 않거나 예산이 부족한 고객을 위한, 전통적인 서보 밸브 제어 시스템도 여전히 적합한 선택일 수 있습니다.

질문 5. 서보 펌프 기술이 CNC 프레스 브레이크 성능을 향상시킬 수 있을까요?

예. 서보 펌프 시스템은 더 빠른 접근 및 복귀 작업 속도, 연속 생산 중 더 안정적인 작동을 제공하여 기계 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

질문 6. 서보 펌프 CNC 프레스 브레이크가 더 높은 투자를 할 가치가 있을까요??

서보 펌프 시스템은 보통 서보 밸브 시스템보다 더 비쌉니다, 하지만 에너지 소비와 열 발생이 적어 장기적인 운영 비용과 투자 수익률이 더 높을 수 있습니다.