常見問題

伺服驅動壓力機

發布時間:2014-03-06 00:12:02　作者: 信息來源:

1 前言

　　壓力機在鍛壓生產中被廣泛的使用，是成形加工必備的設備，并且由于鍛壓的工藝不同，在數量以及品種上也非常的繁多，所以其應用廣泛也是必然的，并且在壓力機中機械壓力機的應用是最廣的。板料的成形以及拉伸薄板的加工工藝中，曲柄式的壓力機應用比較廣泛。而在金屬的成形加工，像是模壓以及精壓和沖壓中則是多使用螺旋壓力機，一些耐火材料以及非金屬材料的加工中也會用到螺旋壓力機。現代的制造工藝需要高精度大負載以及高速度的壓力機，并且在生產過程中的柔性要求也較為的嚴格，可以迅速地根據實際的要求對輸出的運動規律進行快速便捷的改變。傳統的壓力機在運動特性上較為的單一并且適應性也不高。隨著近年來的伺服電機等設備逐漸趨于完善，交流伺服驅動式的壓力機開始逐漸的得到了發展和推廣使用，由于滑塊在運動曲線上是可調的，這就在工作性能以及工藝的適用性上令壓力機得以大大提高。設備的智能化以及柔性化都得到了很好的發展和提高。

　　2 背景介紹

　　對于機械壓力的滑塊的時間位移曲線圖一般近似余弦曲線。工件的成形是在死點上幾毫米處。在整個沖程的過程中最大的速度是成型速度。但是對于金屬成形加工，滑塊的運動需要根據鍛壓生產的工藝要求不同而出現一些必要的改變。像是在拉延工藝中，材料的塑性變形其實是有著一定限度的，所以在整個沖壓過程中，滑塊的運動速度不應當超過材料所能承受的這個變形范圍，因為一旦超過，那么工件就有可能出現破裂。而在彎曲工藝中，工件會因抗彈性形變出現一定的回彈現象，那么就需要使得滑塊在曲柄轉角允許的范圍中保持一定的位置恒定，這是由于降低滑塊速度以達到的。工件鍛壓的過程中，由于鍛壓的材料以及工件的要求不同所以對于設備在加工上的曲線要求也是不同的。此外，對于生產的工件產品的效率以及質量的提高其實可以通過對滑塊的非工作行程的速度的提高以及對工件成形過程的慢速控制得以實現。

　　機械壓力機的運動規律實則是通過機械內部的各種傳動裝置得以實現的，其運動規律的不同則可以滿足不同的生產下的不同的工藝要求。對于壓力機的驅動結構，通常有肘桿式、曲柄式以及連桿式和螺旋式。不同的驅動結構對于滑塊運動的影響不同，因此應用的鍛壓領域也不同。肘桿式的壓力傳動機構的滑塊在下死點出的速度會很慢，因此在冷鍛加工以及壓印加工中常被使用。連桿式的機構可以對拉延速度進行有效的控制，因此在拉延加工中的應用較為廣泛，對于循環時間的縮短以及效率的提高都有著很大的優勢，印版可以縮短循環時間四到六成。能夠實現加工的低速、非工作行程的快速完成和返回的迅速。而液壓機以及螺旋壓力機很多方面都有著相通的特點，首先壓力的保持上有著很大的缺陷，并且壓力的大小無法進行靈活的調節，所以長加工行業中的應用較多。

　　傳統的壓力機在對于工件沖壓工藝要求的運動規律的滿足上一般是通過對該機構的適當選擇和構件的尺寸的適當選擇完成。但是選擇了一種合適的構件之后對于多種的運動規律就無法很好的滿足。雖然機構的設置是使用的偏置機構，像是滑塊、多連桿以及非圓齒輪等，這些機構一定程度上可以改變滑塊的運動，但是連桿在尺寸上的參數實際上是確定的，所以，滑塊在運動上也會隨著連桿參數的確定而確定，所以是不具柔性的，無法適應多變的不同沖壓工藝。近些年來，伺服電機的應用使得滑塊的運動曲線具有了更大的柔性，機械壓力機的應用更加的靈活，在工件的加工中，變形速度更容易控制，因此沖壓件的質量更容易保證。Komatsu公司在全球的壓力機生產行業聞名，將伺服壓力機稱為柔性壓力機。這種設備可以通過程序的編制去滿足不同的工藝要求中的曲線運動。在伺服壓力機的研發上，目前已經出現了三代不同的產品，第一代是1998年發明的HCP3000，第二代是2001年問世的H2F、H4F，第三代是2002年H1F系列。這種交流式的伺服驅動壓力機是蒸汽驅動以及電力驅動之后第三代新型壓力機，其發明和應用具有著時代意義，標志了壓力計的新時代的到來。成形裝備在未來的發展趨勢就是想著這種交流式的伺服驅動設備發展，是現代成形加工中對于設備柔性要求的必然結果。

　　3 交流伺服驅動壓力機的特點

　　與傳統的機械壓力機相比，采用伺服電機驅動的壓力機具有許多優良的工作特性。具體是：（1）高柔性。滑塊運動軌跡不再僅僅是余弦曲線，而是可根據不同生產工藝和模具要求，通過程序編制實現滑塊自由運動，大大提高了壓力機智能化程度和適用范圍。（2）高生產率。滑塊行程可根據生產工藝需要調整。（3）高精度。位置的高精度控制需要全閉環式的控制系統進行實現，而這種系統的組成主要是由線性傳感器構成。（4）低噪音。噪聲的減少主要是由于在設備中沒有離合器以及飛輪等部件，機械傳動運動被簡化了。除此之外，通過設定滑塊的低噪音運動曲線同樣有助于降低沖裁噪音。由試驗可知，與傳統的沖裁相比，伺服壓力機的兩步沖裁工藝可降低噪音至少10dB。（5）節能、易于維護。由于簡化了機械傳動機構，可維護性強，潤滑量減少。此外，電氣制動儲能裝置可使能耗大為減少。

　　4 伺服電機驅動機械壓力機的現狀

　　目前，交流伺服電機驅動壓力機的結構形式有多種且各有其性能特點，分述如下。

　　4.1 螺旋機構

　　日本Komatsu公司雙點螺旋壓力機的傳動系統。兩臺伺服電機通過同步皮帶減速，驅動滾珠絲杠使滑塊上下運動。滑塊上的位移傳感器提供反饋信號，組成閉環控制系統。與液壓機相似，可在滑塊整個運動行程的任意位置均能產生最大工作載荷，滑塊的運動曲線柔性可調。但由于受滾珠絲杠強度和電機功率的限制，難以構建大噸位的壓力機。

　　4.2 肘桿機構

　　日本Komatsu公司肘桿機構伺服壓力機傳動結構。兩臺伺服電機通過同步帶傳動滾珠絲杠，帶動滑塊做上下運動。由于肘桿機構具有大的增力比，因此該傳動類型的壓力機能提供較大的成形壓力，柔性與螺旋機構相似，但也正是由于肘桿機構的存在，該結構類型的壓力機行程相對較小，載荷隨滑塊的運動位置而變化。

　　4.3 混合傳動機構

　　伺服電機通過同步帶和齒輪傳動，由曲柄連桿機構帶動滑塊作上下運動。該結構中滑塊的上下運動無需伺服電機的正反轉切換，適合于連續高速運轉的場合。

　　4.4 多連桿混合輸入機構

　　多連桿混合輸入的結構原理，它是一個兩自由度的多桿機構。桿1由常規交流異步電機驅動，提供壓力機的主要動力；桿4由伺服電機驅動，通過改變D點的位置、速度和加速度，調節滑塊F的輸出運動。

　　5 結束語

　　交流伺服電機驅動的壓力機可大大提高設備的自動化、智能化水平，改善壓力機的工作特性，是新一代成形設備的發展方向。國外發達國家已投入研制使用階段，而目前國內這一技術尚比較落后。研制高容量、大扭矩、低轉速交流伺服電機，改善大變負荷下交流伺服驅動系統的效率，開發新的傳動機構以滿足伺服控制和承載能力的需要是現階段此項技術發展的關鍵所在。當前，交流伺服驅動壓力機雖然能實現普通機械壓力機所不能達到的許多壓力成形工藝，但由于其沒有能與機械壓力機中的飛輪或液壓機中的蓄勢器相媲美的儲能設備，尚不能用于大噸位的壓力機中。