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常見問題

伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)

發(fā)布時(shí)間:2014-03-06 00:12:02　作者: 信息來源:

 1 前言 

　　壓力機(jī)在鍛壓生產(chǎn)中被廣泛的使用，是成形加工必備的設(shè)備，并且由于鍛壓的工藝不同，在數(shù)量以及品種上也非常的繁多，所以其應(yīng)用廣泛也是必然的，并且在壓力機(jī)中機(jī)械壓力機(jī)的應(yīng)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(jī)應(yīng)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(jī)，一些耐火材料以及非金屬材料的加工中也會(huì)用到螺旋壓力機(jī)。現(xiàn)代的制造工藝需要高精度大負(fù)載以及高速度的壓力機(jī)，并且在生產(chǎn)過程中的柔性要求也較為的嚴(yán)格，可以迅速地根據(jù)實(shí)際的要求對輸出的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行快速便捷的改變。傳統(tǒng)的壓力機(jī)在運(yùn)動(dòng)特性上較為的單一并且適應(yīng)性也不高。隨著近年來的伺服電機(jī)等設(shè)備逐漸趨于完善，交流伺服驅(qū)動(dòng)式的壓力機(jī)開始逐漸的得到了發(fā)展和推廣使用，由于滑塊在運(yùn)動(dòng)曲線上是可調(diào)的，這就在工作性能以及工藝的適用性上令壓力機(jī)得以大大提高。設(shè)備的智能化以及柔性化都得到了很好的發(fā)展和提高。 
　　2 背景介紹 
　　對于機(jī)械壓力的滑塊的時(shí)間位移曲線圖一般近似余弦曲線。工件的成形是在死點(diǎn)上幾毫米處。在整個(gè)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(yùn)動(dòng)需要根據(jù)鍛壓生產(chǎn)的工藝要求不同而出現(xiàn)一些必要的改變。像是在拉延工藝中，材料的塑性變形其實(shí)是有著一定限度的，所以在整個(gè)沖壓過程中，滑塊的運(yùn)動(dòng)速度不應(yīng)當(dāng)超過材料所能承受的這個(gè)變形范圍，因?yàn)橐坏┏^，那么工件就有可能出現(xiàn)破裂。而在彎曲工藝中，工件會(huì)因抗彈性形變出現(xiàn)一定的回彈現(xiàn)象，那么就需要使得滑塊在曲柄轉(zhuǎn)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(dá)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(shè)備在加工上的曲線要求也是不同的。此外，對于生產(chǎn)的工件產(chǎn)品的效率以及質(zhì)量的提高其實(shí)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(shí)現(xiàn)。 
　　機(jī)械壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)則是通過機(jī)械內(nèi)部的各種傳動(dòng)裝置得以實(shí)現(xiàn)的，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的不同則可以滿足不同的生產(chǎn)下的不同的工藝要求。對于壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，通常有肘桿式、曲柄式以及連桿式和螺旋式。不同的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)對于滑塊運(yùn)動(dòng)的影響不同，因此應(yīng)用的鍛壓領(lǐng)域也不同。肘桿式的壓力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑塊在下死點(diǎn)出的速度會(huì)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(jī)構(gòu)可以對拉延速度進(jìn)行有效的控制，因此在拉延加工中的應(yīng)用較為廣泛，對于循環(huán)時(shí)間的縮短以及效率的提高都有著很大的優(yōu)勢，印版可以縮短循環(huán)時(shí)間四到六成。能夠?qū)崿F(xiàn)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(jī)以及螺旋壓力機(jī)很多方面都有著相通的特點(diǎn)，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(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)，所以長加工行業(yè)中的應(yīng)用較多。 
　　傳統(tǒng)的壓力機(jī)在對于工件沖壓工藝要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的滿足上一般是通過對該機(jī)構(gòu)的適當(dāng)選擇和構(gòu)件的尺寸的適當(dāng)選擇完成。但是選擇了一種合適的構(gòu)件之后對于多種的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就無法很好的滿足。雖然機(jī)構(gòu)的設(shè)置是使用的偏置機(jī)構(gòu)，像是滑塊、多連桿以及非圓齒輪等，這些機(jī)構(gòu)一定程度上可以改變滑塊的運(yùn)動(dòng)，但是連桿在尺寸上的參數(shù)實(shí)際上是確定的，所以，滑塊在運(yùn)動(dòng)上也會(huì)隨著連桿參數(shù)的確定而確定，所以是不具柔性的，無法適應(yīng)多變的不同沖壓工藝。近些年來，伺服電機(jī)的應(yīng)用使得滑塊的運(yùn)動(dòng)曲線具有了更大的柔性，機(jī)械壓力機(jī)的應(yīng)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(zhì)量更容易保證。Komatsu公司在全球的壓力機(jī)生產(chǎn)行業(yè)聞名，將伺服壓力機(jī)稱為柔性壓力機(jī)。這種設(shè)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(yùn)動(dòng)。在伺服壓力機(jī)的研發(fā)上，目前已經(jīng)出現(xiàn)了三代不同的產(chǎn)品，第一代是1998年發(fā)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(qū)動(dòng)壓力機(jī)是蒸汽驅(qū)動(dòng)以及電力驅(qū)動(dòng)之后第三代新型壓力機(jī)，其發(fā)明和應(yīng)用具有著時(shí)代意義，標(biāo)志了壓力計(jì)的新時(shí)代的到來。成形裝備在未來的發(fā)展趨勢就是想著這種交流式的伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)備發(fā)展，是現(xiàn)代成形加工中對于設(shè)備柔性要求的必然結(jié)果。 
　　3 交流伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)的特點(diǎn) 
　　與傳統(tǒng)的機(jī)械壓力機(jī)相比，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力機(jī)具有許多優(yōu)良的工作特性。具體是：（1）高柔性。滑塊運(yùn)動(dòng)軌跡不再僅僅是余弦曲線，而是可根據(jù)不同生產(chǎn)工藝和模具要求，通過程序編制實(shí)現(xiàn)滑塊自由運(yùn)動(dòng)，大大提高了壓力機(jī)智能化程度和適用范圍。（2）高生產(chǎn)率。滑塊行程可根據(jù)生產(chǎn)工藝需要調(diào)整。（3）高精度。位置的高精度控制需要全閉環(huán)式的控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而這種系統(tǒng)的組成主要是由線性傳感器構(gòu)成。（4）低噪音。噪聲的減少主要是由于在設(shè)備中沒有離合器以及飛輪等部件，機(jī)械傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)被簡化了。除此之外，通過設(shè)定滑塊的低噪音運(yùn)動(dòng)曲線同樣有助于降低沖裁噪音。由試驗(yàn)可知，與傳統(tǒng)的沖裁相比，伺服壓力機(jī)的兩步?jīng)_裁工藝可降低噪音至少10dB。（5）節(jié)能、易于維護(hù)。由于簡化了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可維護(hù)性強(qiáng)，潤滑量減少。此外，電氣制動(dòng)儲(chǔ)能裝置可使能耗大為減少。 
　　4 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械壓力機(jī)的現(xiàn)狀 
　　目前，交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有多種且各有其性能特點(diǎn)，分述如下。 
　　4.1 螺旋機(jī)構(gòu) 
　　日本Komatsu公司雙點(diǎn)螺旋壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)。兩臺(tái)伺服電機(jī)通過同步皮帶減速，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠使滑塊上下運(yùn)動(dòng)。滑塊上的位移傳感器提供反饋信號(hào)，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。與液壓機(jī)相似，可在滑塊整個(gè)運(yùn)動(dòng)行程的任意位置均能產(chǎn)生最大工作載荷，滑塊的運(yùn)動(dòng)曲線柔性可調(diào)。但由于受滾珠絲杠強(qiáng)度和電機(jī)功率的限制，難以構(gòu)建大噸位的壓力機(jī)。 
　　4.2 肘桿機(jī)構(gòu) 
　　日本Komatsu公司肘桿機(jī)構(gòu)伺服壓力機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。兩臺(tái)伺服電機(jī)通過同步帶傳動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)滑塊做上下運(yùn)動(dòng)。由于肘桿機(jī)構(gòu)具有大的增力比，因此該傳動(dòng)類型的壓力機(jī)能提供較大的成形壓力，柔性與螺旋機(jī)構(gòu)相似，但也正是由于肘桿機(jī)構(gòu)的存在，該結(jié)構(gòu)類型的壓力機(jī)行程相對較小，載荷隨滑塊的運(yùn)動(dòng)位置而變化。 
　　4.3 混合傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 
　　伺服電機(jī)通過同步帶和齒輪傳動(dòng)，由曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑塊作上下運(yùn)動(dòng)。該結(jié)構(gòu)中滑塊的上下運(yùn)動(dòng)無需伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，適合于連續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的場合。 
　　4.4 多連桿混合輸入機(jī)構(gòu) 
　　多連桿混合輸入的結(jié)構(gòu)原理，它是一個(gè)兩自由度的多桿機(jī)構(gòu)。桿1由常規(guī)交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，提供壓力機(jī)的主要?jiǎng)恿Γ粭U4由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過改變D點(diǎn)的位置、速度和加速度，調(diào)節(jié)滑塊F的輸出運(yùn)動(dòng)。 
　　5 結(jié)束語 
　　交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓力機(jī)可大大提高設(shè)備的自動(dòng)化、智能化水平，改善壓力機(jī)的工作特性，是新一代成形設(shè)備的發(fā)展方向。國外發(fā)達(dá)國家已投入研制使用階段，而目前國內(nèi)這一技術(shù)尚比較落后。研制高容量、大扭矩、低轉(zhuǎn)速交流伺服電機(jī)，改善大變負(fù)荷下交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率，開發(fā)新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以滿足伺服控制和承載能力的需要是現(xiàn)階段此項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。當(dāng)前，交流伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)雖然能實(shí)現(xiàn)普通機(jī)械壓力機(jī)所不能達(dá)到的許多壓力成形工藝，但由于其沒有能與機(jī)械壓力機(jī)中的飛輪或液壓機(jī)中的蓄勢器相媲美的儲(chǔ)能設(shè)備，尚不能用于大噸位的壓力機(jī)中。