常见问题

伺服驱动压力机

发布时间:2014-03-06 00:12:02　作者: 信息来源:

1 前言

　　压力机在锻压生产中被广泛的使用，是成形加工必备的设备，并且由于锻压的工艺不同，在数量以及品种上也非常的繁多，所以其应用广泛也是必然的，并且在压力机中机械压力机的应用是最广的。板料的成形以及拉伸薄板的加工工艺中，曲柄式的压力机应用比较广泛。而在金属的成形加工，像是模压以及精压和冲压中则是多使用螺旋压力机，一些耐火材料以及非金属材料的加工中也会用到螺旋压力机。现代的制造工艺需要高精度大负载以及高速度的压力机，并且在生产过程中的柔性要求也较为的严格，可以迅速地根据实际的要求对输出的运动规律进行快速便捷的改变。传统的压力机在运动特性上较为的单一并且适应性也不高。随着近年来的伺服电机等设备逐渐趋于完善，交流伺服驱动式的压力机开始逐渐的得到了发展和推广使用，由于滑块在运动曲线上是可调的，这就在工作性能以及工艺的适用性上令压力机得以大大提高。设备的智能化以及柔性化都得到了很好的发展和提高。

　　2 背景介绍

　　对于机械压力的滑块的时间位移曲线图一般近似余弦曲线。工件的成形是在死点上几毫米处。在整个冲程的过程中最大的速度是成型速度。但是对于金属成形加工，滑块的运动需要根据锻压生产的工艺要求不同而出现一些必要的改变。像是在拉延工艺中，材料的塑性变形其实是有着一定限度的，所以在整个冲压过程中，滑块的运动速度不应当超过材料所能承受的这个变形范围，因为一旦超过，那么工件就有可能出现破裂。而在弯曲工艺中，工件会因抗弹性形变出现一定的回弹现象，那么就需要使得滑块在曲柄转角允许的范围中保持一定的位置恒定，这是由于降低滑块速度以达到的。工件锻压的过程中，由于锻压的材料以及工件的要求不同所以对于设备在加工上的曲线要求也是不同的。此外，对于生产的工件产品的效率以及质量的提高其实可以通过对滑块的非工作行程的速度的提高以及对工件成形过程的慢速控制得以实现。

　　机械压力机的运动规律实则是通过机械内部的各种传动装置得以实现的，其运动规律的不同则可以满足不同的生产下的不同的工艺要求。对于压力机的驱动结构，通常有肘杆式、曲柄式以及连杆式和螺旋式。不同的驱动结构对于滑块运动的影响不同，因此应用的锻压领域也不同。肘杆式的压力传动机构的滑块在下死点出的速度会很慢，因此在冷锻加工以及压印加工中常被使用。连杆式的机构可以对拉延速度进行有效的控制，因此在拉延加工中的应用较为广泛，对于循环时间的缩短以及效率的提高都有着很大的优势，印版可以缩短循环时间四到六成。能够实现加工的低速、非工作行程的快速完成和返回的迅速。而液压机以及螺旋压力机很多方面都有着相通的特点，首先压力的保持上有着很大的缺陷，并且压力的大小无法进行灵活的调节，所以长加工行业中的应用较多。

　　传统的压力机在对于工件冲压工艺要求的运动规律的满足上一般是通过对该机构的适当选择和构件的尺寸的适当选择完成。但是选择了一种合适的构件之后对于多种的运动规律就无法很好的满足。虽然机构的设置是使用的偏置机构，像是滑块、多连杆以及非圆齿轮等，这些机构一定程度上可以改变滑块的运动，但是连杆在尺寸上的参数实际上是确定的，所以，滑块在运动上也会随着连杆参数的确定而确定，所以是不具柔性的，无法适应多变的不同冲压工艺。近些年来，伺服电机的应用使得滑块的运动曲线具有了更大的柔性，机械压力机的应用更加的灵活，在工件的加工中，变形速度更容易控制，因此冲压件的质量更容易保证。Komatsu公司在全球的压力机生产行业闻名，将伺服压力机称为柔性压力机。这种设备可以通过程序的编制去满足不同的工艺要求中的曲线运动。在伺服压力机的研发上，目前已经出现了三代不同的产品，第一代是1998年发明的HCP3000，第二代是2001年问世的H2F、H4F，第三代是2002年H1F系列。这种交流式的伺服驱动压力机是蒸汽驱动以及电力驱动之后第三代新型压力机，其发明和应用具有着时代意义，标志了压力计的新时代的到来。成形装备在未来的发展趋势就是想着这种交流式的伺服驱动设备发展，是现代成形加工中对于设备柔性要求的必然结果。

　　3 交流伺服驱动压力机的特点

　　与传统的机械压力机相比，采用伺服电机驱动的压力机具有许多优良的工作特性。具体是：（1）高柔性。滑块运动轨迹不再仅仅是余弦曲线，而是可根据不同生产工艺和模具要求，通过程序编制实现滑块自由运动，大大提高了压力机智能化程度和适用范围。（2）高生产率。滑块行程可根据生产工艺需要调整。（3）高精度。位置的高精度控制需要全闭环式的控制系统进行实现，而这种系统的组成主要是由线性传感器构成。（4）低噪音。噪声的减少主要是由于在设备中没有离合器以及飞轮等部件，机械传动运动被简化了。除此之外，通过设定滑块的低噪音运动曲线同样有助于降低冲裁噪音。由试验可知，与传统的冲裁相比，伺服压力机的两步冲裁工艺可降低噪音至少10dB。（5）节能、易于维护。由于简化了机械传动机构，可维护性强，润滑量减少。此外，电气制动储能装置可使能耗大为减少。

　　4 伺服电机驱动机械压力机的现状

　　目前，交流伺服电机驱动压力机的结构形式有多种且各有其性能特点，分述如下。

　　4.1 螺旋机构

　　日本Komatsu公司双点螺旋压力机的传动系统。两台伺服电机通过同步皮带减速，驱动滚珠丝杠使滑块上下运动。滑块上的位移传感器提供反馈信号，组成闭环控制系统。与液压机相似，可在滑块整个运动行程的任意位置均能产生最大工作载荷，滑块的运动曲线柔性可调。但由于受滚珠丝杠强度和电机功率的限制，难以构建大吨位的压力机。

　　4.2 肘杆机构

　　日本Komatsu公司肘杆机构伺服压力机传动结构。两台伺服电机通过同步带传动滚珠丝杠，带动滑块做上下运动。由于肘杆机构具有大的增力比，因此该传动类型的压力机能提供较大的成形压力，柔性与螺旋机构相似，但也正是由于肘杆机构的存在，该结构类型的压力机行程相对较小，载荷随滑块的运动位置而变化。

　　4.3 混合传动机构

　　伺服电机通过同步带和齿轮传动，由曲柄连杆机构带动滑块作上下运动。该结构中滑块的上下运动无需伺服电机的正反转切换，适合于连续高速运转的场合。

　　4.4 多连杆混合输入机构

　　多连杆混合输入的结构原理，它是一个两自由度的多杆机构。杆1由常规交流异步电机驱动，提供压力机的主要动力；杆4由伺服电机驱动，通过改变D点的位置、速度和加速度，调节滑块F的输出运动。

　　5 结束语

　　交流伺服电机驱动的压力机可大大提高设备的自动化、智能化水平，改善压力机的工作特性，是新一代成形设备的发展方向。国外发达国家已投入研制使用阶段，而目前国内这一技术尚比较落后。研制高容量、大扭矩、低转速交流伺服电机，改善大变负荷下交流伺服驱动系统的效率，开发新的传动机构以满足伺服控制和承载能力的需要是现阶段此项技术发展的关键所在。当前，交流伺服驱动压力机虽然能实现普通机械压力机所不能达到的许多压力成形工艺，但由于其没有能与机械压力机中的飞轮或液压机中的蓄势器相媲美的储能设备，尚不能用于大吨位的压力机中。