交流伺服压力机及其关键技术_图文

1、 6 锻 压 技 术 第 33 卷 时产生的电能; 在压制时 , 再将电能释放出来, 供 电机使用。这种方法不但省电 , 更大的好处是减少 了工作行程时短时大电流对电网的冲击。根据自行 研制的 25 t 伺服压力机样机的试验结果表明, 由于 电容的作用, 电网的冲击电流下降了 80% 以上。这种 方法的缺点是大容量电容价格不菲, 体积也很庞大。 5 3 3 多机直流互联 若车间有多台伺服压力机同时工作, 可以考虑 在驱动电路的直流层面联网 , 同样可以达到节能和 降低峰值电流冲击的作用, 还可省去逆变装置和电 容器, 但在实际应用中将会受条件的限制。 5 4 重载高效螺旋传动技术 在伺服电机驱

2、动的成形装备中 , 广泛采用螺旋 副将旋转运动转换为直线运动。鉴于伺服传动的要 求 , 目前多采用滚珠丝杠。但滚珠丝杆承载能力毕 竟有限 , 而且价格昂贵, 开发低成本重载高效精密 螺旋副成了伺服成形装备亟待解决的问题之一。出 路之一是开发重载滚动丝杠 , 例如日本 NSK 公司 生产了直径达 140 mm 的重载滚动杠系列产品 ; 其 次是 开 发 新 型 高 效 重 载 精 密 滑 动 螺 旋 副。 日 本 AM INO 公司在大吨位伺服压力 机中对滑动螺 旋副 的材料、热处理、润滑等方面进行了改进, 整机的 机械传动效率达到了 75% , 采用双螺杆 , 压力机输 5 出压力据称可达 5

3、0000 kN 。 工作负荷突然消失, 积聚在机身和传动机构中的弹 性变形能会在很短的时间里释放, 因而产生剧烈的 振动和巨大的噪音 , 不但损坏设备和模具 , 而且恶 化生产环境、危害工人健康。如果能有效地控制滑 块运动 , 使所储存的弹性变形能在材料完全断裂之 前就基本释放完毕 , 有可能大大减少冲裁振动 , 降 低噪音。这种 静音冲裁 可以在伺服压力机实现。 KOMA T SU 公司声称 , 采用伺 服压力机 可以消除 99% 的冲裁噪音 , 如图 4 所示 1 。这里 , 变速点的 精确控制是关键。 图4 Fig 4 静音冲裁 Blan king wit h ou t nois e 6

4、 2 精密冲裁 精密冲裁时, 冲裁速度与工件质量和模具寿命 有密切关系。日本 KOMA T SU 公司在普通机械压 力机和 H AF 伺服压力机上进行了精密冲裁对比试 验 , 工件为空调机凸轮 , 尺寸 40 mm 13 mm , 负 荷 80 t , 材料 SPC 。冲裁速度越低 , 冲裁断面剪切 带厚度就越大, 断面质量越好。普通压力机在 2000 3000 件后表面 出现裂纹 , 但 伺服压力 机在 3000 件后断面仍保持完好。见图 5 。 6 新型滑动螺旋传动副的开发有 3 个方面的关键 技术: 一是开发新的耐磨减摩材料和制备技术 , 除 金属材料外, 还可 考虑非金属材料、复合材料

5、等 ; 二是改进螺母结构, 使载荷分布更加均匀; 三是改 善润滑条件 , 采用特殊制造工艺 , 在螺旋副中形成 高效润滑流道。 5 5 基于伺服压力机的成形工艺优化 由于普通曲柄压力机运动特性固定不变, 工艺 参数的优化难以实现。而伺服压力机能实现任意的 滑块运动特性曲线, 为各种成形工艺的优化提供了 可能。研究各种成形工艺的成形机理建立适合该成 形工艺的优化参数, 对于提高产品质量和生产效率、 降低生产成本具有十分重要的意义。不同的成形工 艺可以按照不同的优化目标对参数进行优化, 例如 : 减少振动和噪音, 提高制件精度 , 提高生产效率等 等。 6 6 1 基于伺服压力机的成形工艺举例 静

6、音冲裁 在压力机上进行冲裁工作时, 材料断裂的瞬间 , 图5 Fig 5 精密冲裁 Fine b lan king 第 4期 孙友松等 : 交流伺服压力机及其关键技术 7 6 3 盒形件拉深 KOMAT SU 公司曾进行了不锈钢和软碳钢盒形 6 5 镁合金挤压成形 镁合金的塑性成形一直是金属成形加工的一个 难题。 KOM AT SU 公司在其 H CP 3000 伺服压力机 上成功地完成了镁合金杯形件的反挤压成形 。见 图 8, 图 9。毛坯为 80 mm 8 mm 板料, 坯料置 入凹模后 , 凸模慢速下降 , 将毛坯压在凸模和顶料 器之间 , 在下降过程中毛坯被加热到 300 % ; 当顶

7、 料器到下极限位置时 , 滑块保持恒定压力 , 以更低 的速度下行 , 挤压开始 , 直至反挤压工作全部完成 ; 然后滑块快速回程。滑块在一个循环内经历了 4 种 不同的速 度, 其中挤压 过程还是恒压 控制。显然 , 在普通机械压力机上这一工艺是无法实现的。 8 件浅拉深的对比试验 , 见图 6。工件高度为 50 mm, 两种材料的极限拉深速度分别为 220 和 400 mm ! s , 对应的机械压力机工作频率分别为 15 和 30 SPM 。在 - 1 机械压力机上拉深两种材料均出现裂纹; 伺服压力机 工作频率为 36 SPM, 拉深时在行程 48 和 25 mm 时两 次减速, 两种材

8、料均获得完好的工件 。高强度钢成 形性能差, 容易裂纹、起皱 , 采用变速拉深可以改善 成形性能, 提高成形极限 20% 30% 5 , 降低废品 率。这对汽车覆盖件加工有重要的意义。 6 图6 不锈钢和软碳钢盒形件拉深对比试验 Deep draw ing of box w orkpiece ( b W ork piece by ser vo press ( a 速度曲线 ( b 伺服压力机加工工件 ( c 机械压力机加工工件 Fig 6 ( a V el ocity cu rves ( c W ork piece by m ech anical press 6 4 轴承垫块压制成形 图 7

9、所示轴承垫块, 原在机械压力机上压制成 形 , 压力 110 t , 工件公差为 0 02 mm , 由于滑块下 死点位置漂移, 常常周期性地超差 ; 采用伺服压力 机后, 由于可以严格控制滑块下死点位置, 工件实 际偏差可以控制在 0 01 mm 以内 , 而载荷反而可以 减少一半, 仅为 48 t 6 。 7 结论与讨论 7 1 交流伺服压力机的发展前景 交流伺服压力机在性能上具有许多优越性 , 这 已经被证实。但是这种压力机究竟有多大的发展前 景 , 业界并没有一致的看法 , 世界上真正实现了商 品化生产的国家也不多。普通交流电动机 + 飞轮的 图7 Fig 7 轴承垫块压制 Forgi

10、ng of bearin g pad 传动方式具有价廉、简单、可靠等一系列优点 , 有 悠久的历史, 已经在锻压机械中得到广泛应用 , 在 8 锻 压 技 术 第 33 卷 可预见的将来, 不可能也没有必要在所有的压力机 中都采用伺服驱动。但是伺服驱动为压力机带来的 一系列优点 , 尤其是柔性化和节能减噪等的确为锻 压设备展示了诱人前景。锻压生产在节能、环保和 高性能方面的要求日益提高 , 将使其的竞争力越来 越大。 大功率交流伺服电机及其控制系统目前价格十 分昂贵 , 是这一技术推广应用的主要障碍。造成这 一问题的主要原因是大功率交流伺服电机及其驱动 控制系统目前基本为国外产品所垄断。随着国

11、内技 术的开发, 与进口产品开展竞争 , 市场价格就会迅 速降低 , 这一技术在成形装备的应用领域也会越来 越广。可以预见 , 伺服压力机将在一些重要的制造 领域, 如电子产品、汽车等精密制造领域发挥越来 越大的作用。将部分地取代液压机、普通机械压力 机、螺旋压力机。 值得关注的是 , 国外用交流伺服电机驱动改造 液压传动系统 , 组成一种新的交流伺服电机 液 压系统 , 运用于折弯机、液压机, 取得了成功。 7 2 交流伺服驱动的能耗和电动机容量 如上所述, 普通压力机中 , 电机的负荷相对比 较稳定 , 即使是工作周期的非工作时段, 飞轮也要 消耗能量以恢复飞轮转速 , 全周期均消耗能量

12、, 电 机额定功率基本上等于周期的平均能耗。对于交流 伺服驱动而言, 没有飞轮, 实际消耗的功率是变动 的。就电机的额定功率而言 , 伺服压力机将大于普 通机械压力机。但是, 由于两种驱动方式功率消耗 情况大不相同, 伺服压力机实际能耗仍低于普通压 力机。减小电机容量的途径之一是提高电机过载能 力。 7 3 伺服压力机工作时对电网的冲击 伺服曲柄压力机工作时将会产生很大的短时冲 击电流 , 尤其是大吨位压力机 , 这将对电网产生极 大的危害, 必须予以重视。一个有效的方法是采用 电容储能。相反 , 伺服螺旋压力机在换向时电流将 比普通螺旋压力机小 , 减少电机发热和电流冲击。 7 4 加快交流

13、伺服成形装备技术的研究开发 以交流伺服电机取代传统异步电机, 可以大大 提高成形装备的自动化、智能化水平, 改善工作性 能 , 具有划时代的意义。目前国内这一技术尚比较 落后, 但国外发达国家也刚起步不久, 鉴于其广阔 的应用前景 , 必须加快这项技术的研究开发, 方可 赶上装备技术世界发展的潮流。 参考文献 : 1 2 孙友松 , 张宏超 . 金 属板材 加工设 备发展 新动向 J . 锻压 技术 , 2004, 29 ( 4 : 1 4. 孙友松 , 魏良模 , 黄开 胜 , 等 . 数控机 械驱动技 术及其 在成 形装备中的应用 J . 锻 压装备与 制造技术 , 2005, 40 (

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