伺服压力机那点事儿~

1、伺服压力机那点事儿交流伺服电机驱动是目前成形装备开展的一个新方向,不但可以实现成形装备柔 性化和智能化,还可以提升生产率和产品质量、节能环保.鑫台铭介绍了交流伺 服压力机工作原理和开展现状.交流伺服压力机在冲裁、拉深、挤压、精冲等工 艺中的优良性能.传统的压力机,尤其是各种机械压力机,均以交流感应电机为动力,靠飞轮储存 能量、离合器限制起停.其最大的缺点是滑块工作特性固定,无法调节,工作适 应性差,缺乏柔性.交流伺服压力机是成形装备的最新开展,它以计算机限制的交流伺服电机为动 力,通过螺旋、曲柄连杆、肘杆或其它机构将电机的旋转运动转化为滑块所需的 直线运动.它不但可以保持机械驱动的种种优点,

2、而且改变了其工作特性不可调 的缺点,使机械驱动的成形装备也具有了柔性化、 智能化的特点,工作性能和工 艺适应性大大提升.还简化了结构,方便安装、减少维修、降低能耗、减轻重量. 它是高新技术与传统机械技术的结合, 对于推动成形装备的更新换代,具有不可 限量的影响.1 .电气传动与交流伺服驱动电气传动分直流和交流两大类.由于直流传动具有优越的调速性能,直到上世纪 上半叶,高性能可调传动均采用直流电动机,而占电气传动总量80%以上的一般传动那么采用交流电动机,不能调速,绝大局部锻压机械都属于这一类.直流调速,交流不调速形成了一种普遍的格局.尽管直流调速有许多优越性,但由 于采用机械换向,存在有换向器

3、寿命低、换向火花、造价高等问题,电机容量和 速度以及应用场合均收到一定限制.伺服电机传动指电动机的转速或其它参数可以根据任意的输入信号而变化.长期以来,交流伺服电机仅仅作为执行元件,应用于伺服限制系统,功率不超过1千瓦.大功率交流伺服电机及其驱动限制装置的出现,使这一技术得以应用于机 械装备的主传动,成为交流伺服驱动系统.2 .交流伺服压力机的特点(1)实现柔性化和智能化,工作性能提升. 由于原动机由不能调节和限制的普 通感应电机改为CNC限制可任意调节的伺服电动机,自动化智能化程度提升, 工作效率提升；可以获得任意的滑块特性,设备的工艺适应性扩大；可以根据不 同的工艺采用相应的优化曲线,提升

4、工作性能.(2)精度高.一方面,伺服压力机的运动可以精确限制,一般均装有滑块位移 检测装置和滑块行程调节装置,滑块的任意位置(包括下死点)可以准确限制.伺服压力机滑块位置精度一般可以达 0.01mm；另一方面,滑块运动特性可以优 化,例如拉深、弯曲、压印时,适当的滑块曲线可减少回弹提升制件精度.(3)简化传动环节,减少维修和节省能量. 伺服压力机省去飞轮、离合器甚至 采用直接传动,传动环节大大减少,维修工作量亦相应减少.伺服压力机节能主要表达在以下几个方面：伺服电动机较普通感应电机效率高. 交流伺服电动机采用变频调速,效率高,损耗小.减速时采用电磁制动,制动能 量可储存回收.与机械制动和液压传

5、动的节流调速相比, 可大大节省能量.在普 通压力机中,飞轮空转耗能约占总能耗的 630%.伺服压力机没有飞轮,仅在 工作时电机才旋转,这一局部能量得以节省.在普通压力机中,离合器(主要指 摩擦离合器)耗能约占总能量的20%,伺服压力机取消了离合器,这一局部能 量得以节省.大多数中小型机械压力机,采用摩擦制动器.制动器每周期均工作, 消耗能量；伺服压力机制动器仅在停车时才起作用,制动耗能得以节省.当然,节能效果尚决定于变流以及储能和再利用的效率. 总体而言,伺服压力机 较普通机械压力机和液压机都要节能.(4)环保.伺服压力机的环保特性表达在它具有液压机的性能,但是又没有液 压系统,完全消除了油液

6、污染；又由于传动系统简化,传动噪音大大减少；滑块 运动特性优化,减少工艺噪声.(5)提升模具寿命和生产率.由于振动减少,模具寿命可以提升 3倍,设备寿 命也相应提升.由于伺服压力机行程可以方便地调整,可以根据成形工艺需要, 使压力机在必要的最小行程工作,生产效率得以提升.其工作频率不但高于液压 机,而且可以高于普通机械压力机.3 .伺服压力机传动方式及典型产品(1)伺服电机直接驱动 电机直接与执行机构连接,推动滑块工作,具有最短的 传动链,因而结构简单、传动效率高、精度高,很有开展前景.目前这种压力机 有两种形式.1)直线伺服电机直接驱动压力机 直线电机可以直接将电能转变为直线运动, 推 动滑

7、块工作,实现零传动.2)伺服电机直接驱动曲柄 低速大扭矩伺服电动机直接与曲柄联接,无减速机 构,不但结构简单、,减少维护量、节能,而且噪音小,声称即使在住宅区内, 也可以24小时工作.由于受伺服电机扭矩的限制,压力机吨位不能太大,目前 最大吨位为2500KN .2伺服电机一减速一螺杆此类压力机一般将伺服电机通过同步皮带与螺杆连 接,将旋转运动转变为直线运动.具运动特性类似于液压机,在全行程均可获得 额定压力.局限性在于滚珠丝杠承载水平有限,滑动螺旋效率低,压力机吨位不 能太大.常见形式有两种：1全电动数控伺服折弯机板料折弯机是应用极为广泛的弯曲设备.折弯工艺从 编程到弯曲过程模拟、限制、修正等

8、均实现了高度的自动化.交流伺服电机驱动 的全电动折弯机的出现,使其工作性能得到进一步提升.除节能、结构简单等交流伺服电机驱动一般的优点外,突出的特点是克服了液压系统速度切换时的短暂停顿现象,滑块运动更加敏捷.2螺旋精密压力机 具工作性能类似液压机,以静压力工作.伺服电机带动两 个直径不同的皮带轮,具有不同的传动比,利用离合器来切换.空行程时,减速 比小,丝杠以较高速度旋转；工作行程时,减速比大,丝杆转速慢,增力比也大. 这传动方式可以降低对电机的要求.滑块上有位移传感器,反应位移信号.3电机一减速一曲柄连杆肘杆伺服驱动曲柄压力机保存了曲柄压力机的 原有优点.与螺旋传动不同,回程时电机无需反向,

9、滑块靠近下死点时速度自动 降低,增力比加大.这类压力机按传动方式来分,大致有以下三种：1电机-减速一曲柄连杆 伺服电机经一级齿轮传动驱动曲柄-连杆机构.与普通 曲柄压力机不同的是,用交流伺服电机取代了普通感应电动机, 取消了飞轮、离 合器,同时安装了大电容来储存电能.2电机-减速-曲柄-肘杆 采用肘杆机构可以提升增力比,减少电机容量,提升压 力机吨位.3混合传动电机一减速-螺旋-肘杆 采用这种传动方式,可以获得更大的 增力比,制造更大吨位的压力机；缺点是由于螺旋需要正反转,工作频率不能太 高.压力机不仅有位移传感器,而且有压力传感器,以反应压力信号.4数控回转头压力机 数控回转头压力机的开展已

10、经有数十年的历史.伺服 电机驱动的数控回转头压力机的出现, 性能有了进一步的提升.其主要优点是消 除了油液泄漏；系统无需预热,可直接快速启动；节电30%40%;步冲频率较液压伺服驱动进一步提升.5螺旋压力机 电动螺旋压力机由于其一系列优点,近年来得到很大的开展, 尤其在大吨位螺旋压力机中具有巨大的潜力,目前最大吨位已经到达320,000KN.有人曾分析电动螺旋压力机电机的发热过程, 由于螺旋压力机电机转差率大,引 起转子发热,认为其传动效率不比普通摩擦压力机高, 小能量打击时,效率甚至低于普通摩擦压力机.交流伺服电机驱动技术的出现,从根本上解决了这一问题. 其主要优点是节能和限制精确方便,据称

11、,节能效果达50% o4 .基于伺服压力机的成形工艺举例(1)静音冲裁(2)精密冲裁(3)盒形件拉深(4)轴承垫块压制成形(5)镁合金挤压成形5 .结论与讨论(1)交流伺服压力机的开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开展前景,业界并没有一致的看法. 普通交流电动机+飞轮的传动方式具有价廉、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确实为锻压设备展示了诱人前景.锻压生产在节能、 环保和高性

12、能方面的要求日益提升, 将使它的竞争力越来越大.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. 它将局部地取代液压机、普通机械压力机、螺旋压力机.(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,电机的负荷相比照拟稳定,即令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,电机额定功率根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升 电机过载水平.(3)伺服