获得更精确,可重复的医用导管

作者:文/Conair公司 Bob Bessemer 文章来源:PT《现代塑料》2014年9月刊 发布时间:2014-09-19
引出机的速度控制是传动系统中很多变量共同作用的结果,对挤出的医用导管的精确性和可重复性有决定性影响.因此,充分了解这些细节,有助于提高引出机的性能,从而获得更优质的产品.

引出机的速度控制是传动系统中很多变量共同作用的结果,对挤出的医用导管的精确性和可重复性有决定性影响。因此,充分了解这些细节,有助于提高引出机的性能,从而获得更优质的产品。

如今,市场对医用导管的外径和内径、壁厚、椭圆度及同心度等标准提出了越来越严格的要求,加工商们在满足这些要求的同时,也在不断探寻如何实现更高的生产速度,并增强材料的性能。

医用导管和其他产品的主要区别在于,在前者的生产过程中,加工商采用的公差标准为0.0001in.(1in.=2.54cm),而后者采用的典型公差标准为0.001in.。为此,挤出机和熔体泵制造商们正在改进其设备,以提高挤出量的一致性,配混商们也在努力使材料具有更高的可重复性。与之相比,引出机可谓是“沉默的英雄”,它在提高医用导管产品精度和挤出量均匀性方面所起到的作用值得人们给予更多的重视。

引出机是医用导管挤出过程中的关键。虽然材料的挤出速率由挤出机决定,然后经由模头成型而出,但是引出机对导管内径/外径和壁厚有决定性影响。这些尺寸的精度,以及导管的椭圆度(或圆度)和整体质量等因素都由引出机速度控制的精确度和可重复性决定。

当然,引出机速度的一致性是传动系统中几个不同变量共同作用的结果,这其中的每个因素都是值得认真研究的课题。充分了解这些设计细节,有助于提高引出机的性能,也会使加工商们清楚地认识到单纯地追求低价格的引出机可能并非明智的选择。

通过数字伺服获得更多的控制

速度控制从负责驱动皮带轮和滑轮的电动机开始,然后滑轮移动皮带,皮带抓握软管,并将其引拉通过挤出生产线。大多数的医用加工商会在闭环矢量传动器和数字伺服传动系统中选择其一。

事实上,闭环矢量传动器在控制技术领域已经拥有较长的历史。通常,该系统的使用是基于时间的控制(并非基于位置),一般都配有扫描1024次光脉冲/转动脉冲的高分辨率编码器。近年来,市场对加工速度提出了越来越高的要求,此项技术也获得了快速发展。但是,对此类设备而言,传动电动机始终是一个需要改进的关键问题,因为它们的轴通常直径较大,所以具有较高的惯性,当需要进行速度校正时,传动电动机要花费较长的时间进行调整,从而导致软管质量不一致。

与之相比,数字伺服系统旋转轴的直径一般较小,拥有较低的惯性,它们还装满了高效磁铁,因此非常敏感。通常,数字伺服传动器同时采用速度控制和位置控制,配有能产生4200次脉冲/旋转(正交×4@17200)的旋转编码器,这意味着该系统能读出并尝试以17200次脉冲/旋转的效率纠正它的速度和位置。

在电动机转速范围内,数字伺服传动器的速度和位置是可控的,且脉冲/旋转越多,控制越精确。由于这是一个真正的数字系统,采用连续操作界面替代了模拟电位计,因此噪声和电压波动不会引起速度的变化。该伺服控制器内部采用数字控制伺服电动机的速度和位置,操作员界面仅用于输入设定值。

传送伺服电动机的精度

假设数字伺服传动系统中传动电动机的转速变化可忽略不计,那么,在采用一台真正精确和可重复的引出机进行生产时,只需着重考虑如何将能量从电动机轴传递到接触挤出软管的引出机皮带上即可。对此,需要为设备配备一个皮带传动系统,如果可能,再搭配一个变速箱可实现更加理想的传动效果。在采用交流换流器、直流调速器和开放式或闭环矢量传动时,传动器所连接的负载不会对系统的整体性能产生很大影响,因此引出机部分经常被忽视。但在采用伺服传动系统时,这种影响可能是巨大的,因此需要密切关注。

据了解,为了优化调整,伺服电动机需拥有合适的扭转刚度。在没有遇到抵抗时,伺服电动机轴进行的动作(有时被称为“高频振动或后冲”)会限制制造商调整系统的精确度,并为生产引入可变性,因而要尽可能地避免。

皮带传动系统可用于许多简单的应用,特别是速度低于61m/min的生产。在运行时,一根单一的蛇形皮带会将传动能量从电动机传输到皮带轮上,然后皮带轮使上下引出机皮带转动。需要特别注意的是,在此运行过程中,应使用一种伺服级皮带,且该皮带至少应环绕皮带轮60%的圆周范围,以尽可能地减少滑移。

当需要更高的速度,以及引出机需要加速或减速以产生锥形或“隆起”软管时,带齿轮减速器的引出机可提供比皮带传动系统更高的精确度,而为该设备配备一台伺服级减小后冲(reduced-backlash)的齿轮箱可事半功倍。在引出机上使用伺服级减小后冲的齿轮箱,可提高进料速度和输送速度的控制精度,并获得更精确的定长切割公差。研究现已发现,减小后冲和重复性之间有直接的关系,所以,伺服级减小后冲齿轮箱的应用不仅可改善定长切割的公差,还能使产品(医用导管)的外径、内径和壁厚拥有更高的一致性。

为了获得理想的性能,引出机应配备独立的伺服电动机来传动上下皮带臂。每台伺服电动机直接驱动与皮带轮相连接的低背隙减速机。这种配置有助于获得理想的伺服性能和尽可能高的软管精度与可重复性。

选择更好的皮带

与挤出的医用导管有实际接触的皮带在不断发展,以确保伺服传动器和齿轮箱的精确度能如实传递,从而改善公差。过去,对要求高速度和超高精度的应用而言,平皮带一直是比较理想的选择,但跑偏问题使它们逐渐失宠。除非受到边凸缘的限制,否则这些皮带容易在皮带轮上移动,导致皮带边缘磨损,产生可能污染导管的颗粒。

为了克服跑偏问题,业内最初趋向于使用多楔带,如今它们的应用仍比较普遍。这种皮带的三角形脊部平行于挤出生产线,并与传动皮带轮的槽啮合,从而实现了自跟踪。此特点使多楔带适用于各种覆盖材料,从而被广泛使用。但是,无论传动系统如何,多楔带已无法提供足够的精度,不能满足对公差要求极为严格的应用,其主要原因在于,与其他皮带相比,多楔带往往较厚、较硬,很难在挤出过程中保持一致的握力。

不仅如此,对多楔带而言,更大的问题是皮带齿和加工皮带轮之间的不匹配。即便齿峰与齿峰的距离相差0.001in.,此差异也会被放大至12~32齿范围内,使皮带齿和皮带轮之间无法啮合,从而导致皮带磨损和颗粒污染。更重要的是,此问题还会使皮带和皮带轮之间出现可变滑移,进而无法将伺服传动器的精确度传送到挤出软管上。

理想的皮带是带有人字形槽的同步带,这种皮带可自跟踪且不会滑移。由于齿的啮合方式,这些皮带是位置式的,无需边凸缘,且在使用过程中,颗粒污染物也会显著减少。皮带内侧上的齿表面需要经过研磨,以减少厚度,同时确保两个轴上具有一致的厚度,以获得理想的牵引。这种皮带的齿形状使其可以同平整的无载托辊结合使用,从而在不跑偏的情况下,提供许多与平皮带相同的好处。

可能众多皮带在性能之间存在差异,但引出机的一个功能可以帮助改善几乎所有皮带的性能,即适当放置多个无载托辊。为了尽量减少可变的滑移,皮带和挤出医用导管之间的接触必须稳固,且要在横跨皮带长度的范围内保持一致。有时,为了削减成本,一些引出机在传动皮带轮之间只配备一个或两个无载托辊,对此情况,除非皮带高度拉紧,否则软管上的握力会沿其长度方向发生变化。而在引出机中引入多个无载托辊会有助于确保传动系统的精度被传送到皮带和挤出导管上。皮带传动系统可用于许多简单的应用,但无论如何,皮带应该环绕皮带轮至少60%的圆周范围,以尽可能地减少滑移与皮带传动系统相比,齿轮减速机可提供更高的精度用于传动上下皮带臂的独立伺服电动机有助于提供理想的伺服性能,使医用导管获得尽可能高的精度和可重复性V型皮带齿与皮带轮之间的不匹配是不可避免的,这增加了过程的可变性带有人字形槽的同步带可自跟踪,且不会滑移在一台制造坚固的引出机中引入多个位置适当的无载托辊,有助于确保传动系统的精度被传送到皮带和软管上

0
-1
收藏
/
正在提交,请稍候…