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常見(jiàn)問(wèn)題

壓力機(jī)領(lǐng)域的伺服驅(qū)動(dòng)

發(fā)布時(shí)間:2014-03-06 00:11:17　作者: 信息來(lái)源:

 1 前言 

　　在汽車、航天航空以及電子家電和通訊電器領(lǐng)域內(nèi)，金屬板的形成設(shè)備被廣泛的應(yīng)用，主要是應(yīng)用于板殼的生產(chǎn)以及零件的生產(chǎn)，因此無(wú)論是在品種還是數(shù)量上都很繁雜，其中應(yīng)用最廣的就是機(jī)械式的壓力機(jī)。目前生產(chǎn)的規(guī)模化的擴(kuò)大是制造業(yè)的主要特征，產(chǎn)品也開(kāi)始向著個(gè)性化發(fā)展，在型號(hào)上變化很快，并且變小的批量使得生產(chǎn)上有著很多的不確定性。生產(chǎn)業(yè)的趨勢(shì)開(kāi)始想著多型號(hào)共線進(jìn)行生產(chǎn)，并且覆蓋件也開(kāi)始出現(xiàn)一體化以及大型化趨勢(shì)。這些都對(duì)壓力機(jī)提出了更高的要求，首先不僅僅需要壓力機(jī)能夠保證精度的情況下高速運(yùn)轉(zhuǎn)并且需要其承擔(dān)的負(fù)載也大，而且，在柔性上的要求也要求其能夠便捷的對(duì)輸出運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行改變。傳統(tǒng)的機(jī)械式的壓力機(jī)具有固定的模式在沖壓上，因此工藝的適應(yīng)性不強(qiáng)，由于運(yùn)動(dòng)形式的單一，因此對(duì)于材料不一樣以及工藝要求不同的生產(chǎn)要求是無(wú)法盡心滿足的，這也是傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備的壓力機(jī)上的滑塊其曲線柔性在可調(diào)性上較差的緣故。尤其是在近些年，分模成型、復(fù)雜形狀的零件的成型加工以及負(fù)荷和難成型的零件的生產(chǎn)都給壓力機(jī)提出了工作性能上的高要求，因此柔性壓力機(jī)的生產(chǎn)眾望所歸。 
　　2 壓力機(jī)上的伺服驅(qū)動(dòng)的發(fā)展應(yīng)用 
　　2.1 技術(shù)分析 
　　電機(jī)類型的區(qū)別使得電氣伺服系統(tǒng)分成了DC以及AC兩種系統(tǒng)，這是根據(jù)驅(qū)動(dòng)類型劃分的，DC即直流伺服系統(tǒng)，AC即交流伺服系統(tǒng)。在電機(jī)的應(yīng)用中，上世紀(jì)就實(shí)現(xiàn)了直流以及無(wú)刷電機(jī)的產(chǎn)品化，在五十年代開(kāi)始在計(jì)算機(jī)的一些外圍設(shè)備以及機(jī)械設(shè)備中被廣泛的應(yīng)用開(kāi)來(lái)。其發(fā)展二十年之后，到了七零年代應(yīng)用最廣泛的電機(jī)便是直流伺服。但是其發(fā)展受到了其本身缺陷的限制，這也是直流伺服式驅(qū)動(dòng)技術(shù)自身的電機(jī)缺陷，首先其結(jié)構(gòu)機(jī)身較為的復(fù)雜，這就使得在后期的維修養(yǎng)護(hù)上較困難，并且運(yùn)行中的機(jī)械設(shè)備很容易發(fā)熱，這樣和驅(qū)動(dòng)設(shè)備相連接的其他設(shè)備在精度上都會(huì)受到影響，如此一來(lái)就很難被應(yīng)用在一些工作量大，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)場(chǎng)合。并且直流驅(qū)動(dòng)技術(shù)在發(fā)展上也遇到了換向器的瓶頸，一時(shí)之間伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展受阻。而直流伺服在電機(jī)的電刷以及換向器這些部件上存在有不同程度的缺陷，這些缺陷別后來(lái)出現(xiàn)的交流伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)所克服，尤其是在生產(chǎn)負(fù)荷上交流伺服電機(jī)更是體現(xiàn)了其巨大的優(yōu)勢(shì)，另外這種電機(jī)的慣性也很低，所以在現(xiàn)代的自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)中，交流伺服開(kāi)始被關(guān)注并逐漸的推廣開(kāi)來(lái)。從上世紀(jì)的七十年代到八十年代的初期，交流伺服式的電機(jī)設(shè)備以及控制系統(tǒng)變成了生產(chǎn)的主導(dǎo)，這也是由于微處理器的技術(shù)發(fā)展以及高性能高功率半導(dǎo)體的功率器件的技術(shù)飛躍加之永磁制造材料的工藝發(fā)展都為其性價(jià)比的增加提供了有利條件。這種驅(qū)動(dòng)形式也是工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的基礎(chǔ)，在工業(yè)領(lǐng)域中成為了發(fā)展的核心內(nèi)容，直流伺服系統(tǒng)逐漸退出了工業(yè)舞臺(tái)。 
　　2.2 伺服壓力機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 
　　隨著伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展；上世紀(jì)90 年代世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家興起了伺服壓力機(jī)的研究。美國(guó)的WIEDEMANN 和W.A.WHITNEY 公司、西德的TRUMPF 和NIXOORF DARADORN 公司、日本的AIDA 和NISSHINBO 公司以及瑞士的RASKIN 公司等都對(duì)交流伺服壓力機(jī)進(jìn)行了研究。Tokuz 建立了交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)模型； R.F.Fung K.W.Chen 通過(guò)對(duì)壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析；研究了交流伺服電機(jī)-曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型； Yan 和Chen 提出一種由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變轉(zhuǎn)速曲柄滑塊沖床；對(duì)于不同的沖壓加工；沖床可提供不同的輸入轉(zhuǎn)速E日本會(huì)田（AIDA） 和小松（KOMATSU）公司先后推出的新型數(shù)控壓力機(jī)；在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上采用伺服電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪傳動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)工作。這些交流伺服壓力機(jī)類型有： 機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)、曲柄多連桿伺服壓力機(jī)、直動(dòng)式伺服壓力機(jī)、液壓式精密伺服壓力機(jī)和液壓式伺服壓力機(jī)等等；壓力機(jī)規(guī)格從40kN 到25000kN。其中，世界上最大的交流伺服壓力機(jī)為日本網(wǎng)野公司（AMINO）研制的25000kN 機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)。在2005 年3月獲得了日本17 屆中小企業(yè)優(yōu)秀新技術(shù)獎(jiǎng)、新制品獎(jiǎng)、優(yōu)秀獎(jiǎng)、技術(shù)經(jīng)營(yíng)特別獎(jiǎng)等大獎(jiǎng)。 
　　目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于伺服壓力機(jī)的研究也日趨廣泛和深入。廣東工業(yè)大學(xué)孫友松教授等對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)械壓力機(jī)進(jìn)行了深入的研究；采用超大容量的電容構(gòu)成的“電子飛輪”來(lái)替代傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的飛輪。天津大學(xué)孟彩芳教授也研究了交流伺服混合輸入式機(jī)械壓力機(jī)。在第十四屆全國(guó)機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)上；香港中文大學(xué)博士生何凱提出了一項(xiàng)新發(fā)明： 一種可控機(jī)械式金屬壓力機(jī)。機(jī)床由一個(gè)恒速電機(jī)與一個(gè)伺服電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)；具有可控、節(jié)能、高效及精密等特點(diǎn)。杜如虛、金振林、郭為忠等對(duì)一種新型二自由度機(jī)械式可控壓力機(jī)申請(qǐng)了中國(guó)發(fā)明專利；機(jī)構(gòu)由異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪和曲柄連桿傳動(dòng)；由交流伺服電機(jī)控制，但慣性力平衡問(wèn)題未得到解決。 
　　3 開(kāi)關(guān)磁阻伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)及其在壓力機(jī)中的應(yīng)用 
　　開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（ Switched Reluctance MotorDrive；簡(jiǎn)稱SRD） 是上世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的一種新型調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠；調(diào)速性能優(yōu)良；在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)具有較高效率；可以在較小的電流下實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和頻繁正反轉(zhuǎn)；實(shí)現(xiàn)高精度、快響應(yīng)、高效率和高輸出的性能指標(biāo)。其轉(zhuǎn)矩電流明顯高于大多數(shù)電機(jī)；它不用永磁材料；優(yōu)勢(shì)明顯；已成為直流電機(jī)調(diào)速、無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速和交流電機(jī)調(diào)速等系統(tǒng)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者；引起各國(guó)學(xué)者和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。經(jīng)過(guò)20多年的研究與發(fā)展；目前SRD已開(kāi)始應(yīng)用于制造業(yè)、航空和家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，處于全面商品化階段。 
　　4 結(jié)束語(yǔ) 
　　自動(dòng)化以及智能化是目前現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要發(fā)展方向，其水平的提高是現(xiàn)代建設(shè)的追求，而伺服壓力機(jī)恰恰就成為了其水平提高的最大助力，在工作特性上大大的改善了壓力機(jī)的性能，并且成為了設(shè)備發(fā)展新的方向。國(guó)內(nèi)在設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域中受到了多因素的限制和制約，首先容量是一方面、另外扭矩大且轉(zhuǎn)速低都會(huì)限制交流伺服的技術(shù)發(fā)展，以及這種技術(shù)的推廣。而開(kāi)關(guān)磁阻在電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用使得電動(dòng)機(jī)具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，因此這種技術(shù)在壓力機(jī)發(fā)展中起到了推動(dòng)的作用，在研制開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)中可以直接對(duì)伺服壓力機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此目前階段中我國(guó)的壓力機(jī)在行業(yè)技術(shù)的水平上還有待提高。伺服壓力機(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。目前；國(guó)內(nèi)受高容量、大扭矩、低轉(zhuǎn)速交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的制約；限制了該技術(shù)在壓力機(jī)上的推廣應(yīng)用。鑒于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的明顯優(yōu)點(diǎn)；將開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于機(jī)械壓力機(jī)領(lǐng)域；研制開(kāi)發(fā)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)伺服壓力機(jī)；對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)壓力機(jī)行業(yè)技術(shù)水平的提升是極其必要的。