发展清洁生产技术，是人类有意识引导科学技术以适应环境保护的一种尝试。全电动注塑机清洁化服务于高端注塑工程显得更为重要，往往是决定注塑工程质量成败的工艺关键。

全电动注塑机的设备清洁化必须从注塑工程全套方案出发，包括注塑机、模具等周边设备及成型环境，符合注塑工程所要求的清洁度标准。

高端的塑料制品都被要求在洁净室状态下进行生产。在全球范围内，根据ISO14644-1和GMP标准来确定生产环境和生产设备是否符合洁净室等级的要求，这些标准严格限定了特定尺寸微粒的污染和每个洁净室等级的病菌污染，注塑机及其外围设备都必须满足这些标准。而医疗和医药产品的产品规格则要求注塑机及所有外围设备必须符合FDA/GMP标准。在洁净室中，注塑机及其外围设备也是造成污染的主要根源，这包括因磨损和氧化作用而导致的微粒传播以及来自油料、润滑剂和聚合物熔体的分解产物或气体的传播。

2.3.1设备清洁度

精密注塑制品对清洁度都有严格要求，设备成型环境的污染对制品产生间接或直接污染，特别是合模机构的清洁度设计尤为重要。清洁成型加工设备就是把设备在成型加工过程中对环境的污染及交叉污染降到不断发展的技术标准上；根据设备成型加工的不同对象的清洁度要求要求，采用不同的洁净度标准。洁净医疗塑料制品成型设备必须达到美国US联邦标准209E和国际通用标准EN ISO 14644-1的要求，符合GMP认证标准要求。

瑞士奈斐耐驰特应用于医疗领域的ELION系列全电动注塑机，清除制品采用德国Hekuma制造的机械手，原料输送系统采用洁净化的Motan高速系统，模温机采用瑞士HB-Therm公司智能化系统，伺服动力驱动采用瑞士Ef cooling Ernst H. Furrer公司的囊式水冷交流伺服电机，提高了设备的洁净度，确保成型加工过程不会出现溅射现象和微粒散发等环境污染现象。

2.3.2清洁模具及模具清洁

精密注塑对模具的清洁尤为重要，特别是微型精密注塑，模具的清洁度直接影响到制品的品质。模具清洁的目的是彻底清除灰尘、气蚀残渣和模具涂层、磨蚀以及腐蚀的表面、残留德矿物质和润滑剂等，直至对气孔周边的清洁处理。高效、安全、快速的环保清洁技术是精密模具清洁的发展方向，超声波、干冰、等离子等清洁技术都是环保清洁技术。

Cold Jet公司干冰清洁模具系统，与溶剂清洗和液体超声波清洁不同，干冰喷砂系统能够直接在注塑机上清洁热模具，干冰清洁能够节约成本并省去废料二次处理的麻烦，同时，干冰清洗能够延长模具寿命，不会像其他方法那样对模具表面造成磨损。另外，由于不使用化学溶剂，使清洁时的安全性也大大提高。更为重要的是，干冰清洁能够在注塑机上清洗处于热态的模具，这将极大地减少停工时间，同时操作也大为简便。

2.3.3 装饰件清洁化涂装

装饰件清洁化涂装的绿色设计的目的是杜绝设备对环境、塑料原料、塑料制品的污染及交叉污染。传统的装备制造涂装产生挥发性有机物排放，污染大气。纳米喷涂是一种绿色环保表面处理技术，具有优异的附着力、抗冲击力、耐腐蚀性、耐气候性、耐磨性、耐擦伤性、良好的防锈性能，工艺简单、绿色环保、用途广泛、是一种原料可回收利用的表面处理技术。设备装饰采用纳米喷涂设计，达到设备对环境、塑料原料、塑料制品的污染及交叉污染，达到（防电磁波、屏蔽）EMC、EMI技术规范，实现清洁、防电磁污染的环保要求。电气控制箱、操纵箱、行线槽等采用纳米喷涂，实现防电磁波、屏蔽的性能，提高了控制系统的可靠性。

 2.4 资源节约型的模块化制造

模块化设计让用户在同一台设备上，通过不同模块的搭配得到自己需要的成型功能，满足个性化的需求；方便用户在使用过程中对设备进行局部维护或升级达到延长设备的使用寿命；在一种基本成型功能的注塑机上，为用户留出一定范围内的注射工艺的扩展空间，用户只要化少量的投资，就可进行成型功能扩展，以最小成本和最短时间适应加工任务及环境的变化。不但为用户降低设备投入的成本而实现最大的经济效益，而且降低了社会物质资源的消耗及制造能源消耗。

模块化设计使得设备制造商能够根据市场变化做出敏捷反应，以灵活多样的模块组装配置形式及时服务于用户，达到快速适应市场变化。米拉克龙公司按照模块化研发生产的ELEKTRA evlution 系列全电动注塑机，保证注塑设备有着广泛的应用领域，不必每次都针对用户的特殊要求进行价格昂贵的专门设计。德国注塑设备制造商阿博格选择了一种更为标准化的模块化设计的Allrounder Alldrive系列全电动新注塑机，替代一般液压注塑机。

2.5 伺服电机驱动能量回收利用技术

交流伺服电机驱动系统中，在直流母线上串入伺服驱动制动回收单元，以减少制动电阻消耗的能量。制动电阻和伺服驱动制动回收单元并联一起，用以消耗伺服驱动制动回收单元储存完成后多余的电能，保护伺服驱动制动单元和伺服驱动系统。伺服电机在刹车及减速过程中产生的能量转换为电能，通过伺服驱动器中的逆变模块单元和直流母线，将电能存储在伺服驱动制动回收单元中。而当系统重新提供电能开始工作时，伺服驱动制动回收单元中的电能首先释放，能源再生单元储存的能量将通过直流母线回放到系统中，实现储存能量和释放能量的双向作用，当电压低于整流模块输入的电压时，才使用外部电能，从而达到节能的目的。耐驰特有限公司全电动注塑机，运用能量再利用原理，制动能量被回收到能量循环中，在用于设备的其他功能，实现低能耗，与传统的驱动系统相比，最多可节省高达70%的能耗。

2.6 伺服驱动系统元件的科技创新发展及研发要点

全电动注塑机离不开伺服驱动元件，伺服驱动元件的注塑机化的发展推动了全电动注塑机的发展，同样，全电动注塑机的发展促进了伺服驱动元件的科技创新。

2.6.1 伺服驱动元件国际化的科技创新发展观

全电动式注塑机的伺服驱动元件如伺服电机、滚珠丝杠、CPU、大功率开关元件、塑化背压载荷传感器等核心配套件均依赖进口，约占整个成本的70％的附加值最大部分被国外厂商拿走。配套件进口加上关税和中间商的经营费，而且由于外商得知中国不能制造而高抬价位，所以在国内全电动注塑机没有制造成本优势，同比与日本全电动注塑机，没有价位优势，造成了目前产业发展的瓶颈，还带来售后服务难题。产品推向了市场，赚到的也仅是个零头，实际上就是在给人家打工、做广告。

日本全电动注塑机的公司发展的关键是日本国内当地厂商均提供全电动注塑机的成套配套件，具有制造的技术和成本优势。

国内自行开拓伺服驱动系统的元件成为发展全电动注塑机的首要。以前把关键配套件达到自行制造，质量目标往往定在国产化，达不到国际先进的质量水平。国际化，不但自行制造的元件的质量必须达到与时共进的国际先进的质量水平，而且其性能、功能、寿命、维修、服务等各项指标必须达到国际先进标准，即国际化，才有生命力。

科学客观实现伺服驱动元件国际化。全电动注塑机的关键配套件不同于液压注塑机，科技含量高，需强大的基础工业予以保证，制造工艺水平决定关键配套件的成败。例如滚珠丝杠，国内机床的加工精度仅为仅为日本的十分之一，即使有了图纸，也达不到丝杠的高精度标准，而且热处理水平低，不能实现丝杠高寿命的耐磨要求。滚珠丝杠虽已有国产件，但没有达到国际化水准，使用领域受到限制，仍然以进口件为主。国内有的制造商为降低制造成本，引进技术，自主制造伺服电机，愿望是好的，殊不知高速伺服电机，首先需要高精度的机床、高等级的轴承等配套件，而国内在这些方面还达不到应有的技术水准，自主开发的伺服电机的运转速度只能达到2000r/min，而全电动注塑机伺服电机的运转速度至少达到3000r/min，甚至5000r/min。

实现伺服驱动元件国际化，需加强基础工业的建设，提高工艺技术及数控装备的水平。

2.6.2 加强基础理论研究实现伺服驱动系统元件科技创新的理念

伺服驱动元件是现代高科技技术结晶，更需要加强基础理论的研究，才能有所创新，有所发明。国内往往停留在测绘、仿制的传统型式，结果是仿制-落后，再仿制-再落后，永远跟不上人家。日本NSK滚珠丝杆在独占全电动注塑机的市场，而且不断科技创新，引领全电动注塑机的发展，其关键是结合注塑机的负荷特点，加强滚珠丝杆的运动学和动力学方面的理论研究，创新滚道的结构形式和润滑方式。国内在伺服驱动元件开发中，忽略基础理论的研究，甚至连现代控制理论度不懂，拿个样品，或搞一些图纸，匆匆忙忙投入制造，结果高出的元件貌像质不同，例如，伺服交流电机的效率国际上达到95%以上，而自己搞出的仅达到92%，这与第三代的92%效率的交流异步电动机有何差别，而且两者的价格不可相比。

2.6.3  高性能伺服驱动控制处理器及驱动器的科技创新

伺服驱动控制处理器科技创新要点：提高运算能力；提高响应速度；扩展控制功能。

处理器是控制器的核心，决定系统的运算能力。微型精密注塑件很多填充时间不足0.5s，在这样短的时间不可能遵循速度曲线或截断压力，因此必须开发高解析度的微处理器来控制才能满足注塑工艺要求。东芝机械制造有限公司EC—SX智能化全电动注塑机，采用了东芝机械自行开发的最新型的Injectvisor V5O专用处理器，能够更精确地控制注塑机，而运算速度提高 了40%。专用处理器于自行研发的智能化控制软件相结合，用于控制注射 和合模过程，可保持加工稳定性，保证每个部件的重量偏 差维持在非常低的水平，在使用再生料进行加工的情况 下其优势特别明显。东芝机械制造有限公司为防止智能化控制软件外泄，仅限在日本国内使用。

贝加莱第二代伺服驱动器ACOPOS multi有超强过载能力，能达到极高的锁模力和注塑压力：内嵌高性能DSP处理器，可实现复杂运动控制：可驱动扭矩电机，简化了注塑机的机械结构，同时提高重复性和耐用性：具有能量再生功能，可降低能量消耗；符合IEC61 508安全标准的SIL3，整个系统是Safty PLC、Safty I/O、Safty Drive及Safty Bus安全自动化技术方案。

日精公司NEX系列全电动注塑机采用自行开发的Tact控制系统，系统中包含保压压力、合模压力以及模内工艺控制等标准控制程序，系统扫描时间为0.1ms，可使注射压力波动降低50%,空运转周期比以前减幅35%。,注射速度提升40%，从而实现了高精度、稳定成形，提高了工艺控制、V-P切换控制的应答性能、再现性能, 发挥高速成形的威力。

B&R 的ENDURA Ⅱ伺服控制器，通讯总线响应速度达到1000Mbps，是其他品牌伺服控制器（50 Mbps）的20 倍，极大提高了运行的重复性精度和定位精度。FANUC公司安装有最新高速微处理器的CNC 310is-MODEL A系列，采样周期高达1/16000s的高速控制和最新的伺服技术，实现精密注塑中要求的高精度位置、速度、压力控制，加速度恒定控制，在中低速的射出速度下，以与最高速度相同的斜度启动射出速度，可有效地预防树脂的烧焦和空气卷入，在难以进行高速射出设定的精密和微距连接器之类的注塑件的稳定注塑方面发挥威力。日精公司的tact的全新控制系统，与Elject ES系列相比，具有更优的动态反映特性和可重复性，注塑速度提高40%。成型的精度高出50%，从锁模到顶出制品的时间可缩短35%。

2.6.4  滚珠丝杠副的科技创新

滚珠丝杠副的科技创新要点：大型化；提高转速性能；提高负荷能力；降低噪声。

注射滚珠丝杆副的科技创新重点是提高转速的运动学性能、提高动负荷及轴向负荷的力学性能。注射滚珠丝杠副工况特点是工作行程短、超大负荷高速瞬时运行。

锁模滚珠丝杆副的科技创新要点是提高转速的运动学性能、提高动负荷的力学性能。锁模滚珠丝杆副的主要作用是输出动负荷力矩实现移动模板运行及锁模力，部承载轴向负载。实现超大锁模力规格的关键是滚珠丝杆副的规格，所以大规格的高动负荷滚珠丝杆的开发显得更重要。

传统的滚珠丝杆副的承载性能以低负荷为主，而注塑机对滚珠丝杠副的承载性能的要求是高负荷。表1 为HIMW高负荷注塑机专用滚珠丝杆副主要技术参数。

表1 HIMW重负荷注塑机专用滚珠丝杆副主要技术参数

日本NSK公司采用公司根据现代注射技术的发展趋势，开发了多品种专用滚珠丝杆副，适应注塑工程发展的需求。最高注射速度可达1600mm/s,其额定负荷比标准滚珠丝杆副高2~3倍，可承受较大轴向负荷与高加减速之动态的力学特性。采用循环方式的HTF-SRC，比HTF-SRE 型的传送速度提高2 倍以上，噪音水平降低8 ～10dB（1/2 ～ 1/3 的噪音）。HTF系列采用沿循环切线方向引导钢球的循环方式，提高了循环部件的强度，与以往产品相比，大幅扩充了此系列滚珠丝杠的规格范围，轴径：80～200mm 导程：14～32mm。表2为大负载驱动的高速系列HTF-SRD 型部分规格。表3为大负载驱动的中速系列HTF型部分规格。表4为大导程大负载驱动的低速系列HTF-SRD 型部分规格。

表2 大负载驱动的高速系列HTF-SRD 型部分规格的主要技术参数

表3 大负载驱动的中速系列HTF型部分规格的主要技术参数

表4 大负载驱动的低速系列HTF-SRD 型部分规格的主要技术参数

工作负荷、转速与滚珠丝杆副的安装形式相关，将在后章节中论述。

2.6.5  伺服电机的科技创新

伺服电机的科技创新要点：提高动态反映性能及驱动精度。

内装式旋转伺服电机(图4)的直接驱动系统(图5)。内装式伺服电机指伺服电机的滚珠丝杆主轴为轴向往复式旋转运行，滚珠丝杆主轴在伺服电机内装的滚珠丝杆螺母带动下，实现高速轴向运行，而滚珠丝杆螺母在伺服电机的诱导转子驱动下同步旋转，滚珠丝杠为花键联接型式。住友(SHI)德马格的SE18S到SE180S的6个规格全电动注塑机采用内装式旋转伺服电机直接驱动系统，相比于普通的伺服电机驱动系统的注塑机，不仅提供了更高的节能效率，而且由于其具有更灵敏的响应速度从而确保了更高的传动精确度和更优的重复精度，同时更好地满足了生产厂商对于大批量生产的精密注塑件的质量要求，提高能源利用率，伺服电机驱动所产生的热量小。

1 滚珠丝杠；2 滚珠丝杠螺母；3 转子；4 定子；5 传感器。

图4 内装式伺服电机简图

图5 内装式伺服电机的直接驱动系统