交流伺服壓力機(jī)及其關(guān)鍵技術(shù)_圖文

1、 6 鍛 壓 技 術(shù) 第 33 卷 時產(chǎn)生的電能; 在壓制時 , 再將電能釋放出來, 供 電機(jī)使用。這種方法不但省電 , 更大的好處是減少 了工作行程時短時大電流對電網(wǎng)的沖擊。根據(jù)自行 研制的 25 t 伺服壓力機(jī)樣機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果表明, 由于 電容的作用, 電網(wǎng)的沖擊電流下降了 80% 以上。這種 方法的缺點(diǎn)是大容量電容價格不菲, 體積也很龐大。 5 3 3 多機(jī)直流互聯(lián) 若車間有多臺伺服壓力機(jī)同時工作, 可以考慮 在驅(qū)動電路的直流層面聯(lián)網(wǎng) , 同樣可以達(dá)到節(jié)能和 降低峰值電流沖擊的作用, 還可省去逆變裝置和電 容器, 但在實(shí)際應(yīng)用中將會受條件的限制。 5 4 重載高效螺旋傳動技術(shù) 在伺服電機(jī)驅(qū)

2、動的成形裝備中 , 廣泛采用螺旋 副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動。鑒于伺服傳動的要 求 , 目前多采用滾珠絲杠。但滾珠絲桿承載能力畢 竟有限 , 而且價格昂貴, 開發(fā)低成本重載高效精密 螺旋副成了伺服成形裝備亟待解決的問題之一。出 路之一是開發(fā)重載滾動絲杠 , 例如日本 NSK 公司 生產(chǎn)了直徑達(dá) 140 mm 的重載滾動杠系列產(chǎn)品 ; 其 次是 開 發(fā) 新 型 高 效 重 載 精 密 滑 動 螺 旋 副。 日 本 AM INO 公司在大噸位伺服壓力 機(jī)中對滑動螺 旋副 的材料、熱處理、潤滑等方面進(jìn)行了改進(jìn), 整機(jī)的 機(jī)械傳動效率達(dá)到了 75% , 采用雙螺桿 , 壓力機(jī)輸 5 出壓力據(jù)稱可達(dá) 5

3、0000 kN 。 工作負(fù)荷突然消失, 積聚在機(jī)身和傳動機(jī)構(gòu)中的彈 性變形能會在很短的時間里釋放, 因而產(chǎn)生劇烈的 振動和巨大的噪音 , 不但損壞設(shè)備和模具 , 而且惡 化生產(chǎn)環(huán)境、危害工人健康。如果能有效地控制滑 塊運(yùn)動 , 使所儲存的彈性變形能在材料完全斷裂之 前就基本釋放完畢 , 有可能大大減少沖裁振動 , 降 低噪音。這種 靜音沖裁 可以在伺服壓力機(jī)實(shí)現(xiàn)。 KOMA T SU 公司聲稱 , 采用伺 服壓力機(jī) 可以消除 99% 的沖裁噪音 , 如圖 4 所示 1 。這里 , 變速點(diǎn)的 精確控制是關(guān)鍵。 圖4 Fig 4 靜音沖裁 Blan king wit h ou t nois e 6

4、 2 精密沖裁 精密沖裁時, 沖裁速度與工件質(zhì)量和模具壽命 有密切關(guān)系。日本 KOMA T SU 公司在普通機(jī)械壓 力機(jī)和 H AF 伺服壓力機(jī)上進(jìn)行了精密沖裁對比試 驗(yàn) , 工件為空調(diào)機(jī)凸輪 , 尺寸 40 mm 13 mm , 負(fù) 荷 80 t , 材料 SPC 。沖裁速度越低 , 沖裁斷面剪切 帶厚度就越大, 斷面質(zhì)量越好。普通壓力機(jī)在 2000 3000 件后表面 出現(xiàn)裂紋 , 但 伺服壓力 機(jī)在 3000 件后斷面仍保持完好。見圖 5 。 6 新型滑動螺旋傳動副的開發(fā)有 3 個方面的關(guān)鍵 技術(shù): 一是開發(fā)新的耐磨減摩材料和制備技術(shù) , 除 金屬材料外, 還可 考慮非金屬材料、復(fù)合材料

5、等 ; 二是改進(jìn)螺母結(jié)構(gòu), 使載荷分布更加均勻; 三是改 善潤滑條件 , 采用特殊制造工藝 , 在螺旋副中形成 高效潤滑流道。 5 5 基于伺服壓力機(jī)的成形工藝優(yōu)化 由于普通曲柄壓力機(jī)運(yùn)動特性固定不變, 工藝 參數(shù)的優(yōu)化難以實(shí)現(xiàn)。而伺服壓力機(jī)能實(shí)現(xiàn)任意的 滑塊運(yùn)動特性曲線, 為各種成形工藝的優(yōu)化提供了 可能。研究各種成形工藝的成形機(jī)理建立適合該成 形工藝的優(yōu)化參數(shù), 對于提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、 降低生產(chǎn)成本具有十分重要的意義。不同的成形工 藝可以按照不同的優(yōu)化目標(biāo)對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化, 例如 : 減少振動和噪音, 提高制件精度 , 提高生產(chǎn)效率等 等。 6 6 1 基于伺服壓力機(jī)的成形工藝舉例 靜

6、音沖裁 在壓力機(jī)上進(jìn)行沖裁工作時, 材料斷裂的瞬間 , 圖5 Fig 5 精密沖裁 Fine b lan king 第 4期 孫友松等 : 交流伺服壓力機(jī)及其關(guān)鍵技術(shù) 7 6 3 盒形件拉深 KOMAT SU 公司曾進(jìn)行了不銹鋼和軟碳鋼盒形 6 5 鎂合金擠壓成形 鎂合金的塑性成形一直是金屬成形加工的一個 難題。 KOM AT SU 公司在其 H CP 3000 伺服壓力機(jī) 上成功地完成了鎂合金杯形件的反擠壓成形 。見 圖 8, 圖 9。毛坯為 80 mm 8 mm 板料, 坯料置 入凹模后 , 凸模慢速下降 , 將毛坯壓在凸模和頂料 器之間 , 在下降過程中毛坯被加熱到 300 % ; 當(dāng)頂

7、 料器到下極限位置時 , 滑塊保持恒定壓力 , 以更低 的速度下行 , 擠壓開始 , 直至反擠壓工作全部完成 ; 然后滑塊快速回程?；瑝K在一個循環(huán)內(nèi)經(jīng)歷了 4 種 不同的速 度, 其中擠壓 過程還是恒壓 控制。顯然 , 在普通機(jī)械壓力機(jī)上這一工藝是無法實(shí)現(xiàn)的。 8 件淺拉深的對比試驗(yàn) , 見圖 6。工件高度為 50 mm, 兩種材料的極限拉深速度分別為 220 和 400 mm ! s , 對應(yīng)的機(jī)械壓力機(jī)工作頻率分別為 15 和 30 SPM 。在 - 1 機(jī)械壓力機(jī)上拉深兩種材料均出現(xiàn)裂紋; 伺服壓力機(jī) 工作頻率為 36 SPM, 拉深時在行程 48 和 25 mm 時兩 次減速, 兩種材

8、料均獲得完好的工件 。高強(qiáng)度鋼成 形性能差, 容易裂紋、起皺 , 采用變速拉深可以改善 成形性能, 提高成形極限 20% 30% 5 , 降低廢品 率。這對汽車覆蓋件加工有重要的意義。 6 圖6 不銹鋼和軟碳鋼盒形件拉深對比試驗(yàn) Deep draw ing of box w orkpiece ( b W ork piece by ser vo press ( a 速度曲線 ( b 伺服壓力機(jī)加工工件 ( c 機(jī)械壓力機(jī)加工工件 Fig 6 ( a V el ocity cu rves ( c W ork piece by m ech anical press 6 4 軸承墊塊壓制成形 圖 7

9、所示軸承墊塊, 原在機(jī)械壓力機(jī)上壓制成 形 , 壓力 110 t , 工件公差為 0 02 mm , 由于滑塊下 死點(diǎn)位置漂移, 常常周期性地超差 ; 采用伺服壓力 機(jī)后, 由于可以嚴(yán)格控制滑塊下死點(diǎn)位置, 工件實(shí) 際偏差可以控制在 0 01 mm 以內(nèi) , 而載荷反而可以 減少一半, 僅為 48 t 6 。 7 結(jié)論與討論 7 1 交流伺服壓力機(jī)的發(fā)展前景 交流伺服壓力機(jī)在性能上具有許多優(yōu)越性 , 這 已經(jīng)被證實(shí)。但是這種壓力機(jī)究竟有多大的發(fā)展前 景 , 業(yè)界并沒有一致的看法 , 世界上真正實(shí)現(xiàn)了商 品化生產(chǎn)的國家也不多。普通交流電動機(jī) + 飛輪的 圖7 Fig 7 軸承墊塊壓制 Forgi

10、ng of bearin g pad 傳動方式具有價廉、簡單、可靠等一系列優(yōu)點(diǎn) , 有 悠久的歷史, 已經(jīng)在鍛壓機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用 , 在 8 鍛 壓 技 術(shù) 第 33 卷 可預(yù)見的將來, 不可能也沒有必要在所有的壓力機(jī) 中都采用伺服驅(qū)動。但是伺服驅(qū)動為壓力機(jī)帶來的 一系列優(yōu)點(diǎn) , 尤其是柔性化和節(jié)能減噪等的確為鍛 壓設(shè)備展示了誘人前景。鍛壓生產(chǎn)在節(jié)能、環(huán)保和 高性能方面的要求日益提高 , 將使其的競爭力越來 越大。 大功率交流伺服電機(jī)及其控制系統(tǒng)目前價格十 分昂貴 , 是這一技術(shù)推廣應(yīng)用的主要障礙。造成這 一問題的主要原因是大功率交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動 控制系統(tǒng)目前基本為國外產(chǎn)品所壟斷。隨著國

11、內(nèi)技 術(shù)的開發(fā), 與進(jìn)口產(chǎn)品開展競爭 , 市場價格就會迅 速降低 , 這一技術(shù)在成形裝備的應(yīng)用領(lǐng)域也會越來 越廣。可以預(yù)見 , 伺服壓力機(jī)將在一些重要的制造 領(lǐng)域, 如電子產(chǎn)品、汽車等精密制造領(lǐng)域發(fā)揮越來 越大的作用。將部分地取代液壓機(jī)、普通機(jī)械壓力 機(jī)、螺旋壓力機(jī)。 值得關(guān)注的是 , 國外用交流伺服電機(jī)驅(qū)動改造 液壓傳動系統(tǒng) , 組成一種新的交流伺服電機(jī) 液 壓系統(tǒng) , 運(yùn)用于折彎機(jī)、液壓機(jī), 取得了成功。 7 2 交流伺服驅(qū)動的能耗和電動機(jī)容量 如上所述, 普通壓力機(jī)中 , 電機(jī)的負(fù)荷相對比 較穩(wěn)定 , 即使是工作周期的非工作時段, 飛輪也要 消耗能量以恢復(fù)飛輪轉(zhuǎn)速 , 全周期均消耗能量

12、, 電 機(jī)額定功率基本上等于周期的平均能耗。對于交流 伺服驅(qū)動而言, 沒有飛輪, 實(shí)際消耗的功率是變動 的。就電機(jī)的額定功率而言 , 伺服壓力機(jī)將大于普 通機(jī)械壓力機(jī)。但是, 由于兩種驅(qū)動方式功率消耗 情況大不相同, 伺服壓力機(jī)實(shí)際能耗仍低于普通壓 力機(jī)。減小電機(jī)容量的途徑之一是提高電機(jī)過載能 力。 7 3 伺服壓力機(jī)工作時對電網(wǎng)的沖擊 伺服曲柄壓力機(jī)工作時將會產(chǎn)生很大的短時沖 擊電流 , 尤其是大噸位壓力機(jī) , 這將對電網(wǎng)產(chǎn)生極 大的危害, 必須予以重視。一個有效的方法是采用 電容儲能。相反 , 伺服螺旋壓力機(jī)在換向時電流將 比普通螺旋壓力機(jī)小 , 減少電機(jī)發(fā)熱和電流沖擊。 7 4 加快交流

13、伺服成形裝備技術(shù)的研究開發(fā) 以交流伺服電機(jī)取代傳統(tǒng)異步電機(jī), 可以大大 提高成形裝備的自動化、智能化水平, 改善工作性 能 , 具有劃時代的意義。目前國內(nèi)這一技術(shù)尚比較 落后, 但國外發(fā)達(dá)國家也剛起步不久, 鑒于其廣闊 的應(yīng)用前景 , 必須加快這項技術(shù)的研究開發(fā), 方可 趕上裝備技術(shù)世界發(fā)展的潮流。 參考文獻(xiàn) : 1 2 孫友松 , 張宏超 . 金 屬板材 加工設(shè) 備發(fā)展 新動向 J . 鍛壓 技術(shù) , 2004, 29 ( 4 : 1 4. 孫友松 , 魏良模 , 黃開 勝 , 等 . 數(shù)控機(jī) 械驅(qū)動技 術(shù)及其 在成 形裝備中的應(yīng)用 J . 鍛 壓裝備與 制造技術(shù) , 2005, 40 (

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