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 伺服机械压力机的应用前景分析  

2011/4/22 20:42:23 浏览:2798 来源:  

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关键词:制造技术;伺服机械压力机;驱动结构
  前言现代制造技术的发展要求压力机小仅能够高速度、高精度、大负载地运转,而}I_应具有更大的柔性,能迅速、方便地改变输出运动规律。近年来,快速发展的粉末成形、难成形材料成形、复杂形状零件成形、复合成形以及高精度成形技术对冲压设备的工作性能提出了更严格的要求,迫切需要开发新一代柔性湘L械压力湘随着微电子技术、控制技术和计算机技术的飞速进步,各种电#J L V}j速与伺服控制技术获得f突飞猛进的发展,经历了从步进伺服系统到H_流伺服系统,进而到交流伺服系统的发展历程。伺服驱动系统的应用几乎遍及社会的各个领域,尤其是在制造业中应用最广,各种机床运动部件的速度控制、运动轨迹控制、位置控制等,都是利用各种伺服控制系统来实现的。uJ一以说,电#J L V}j速与伺服控制技术的发展,对我国装备制造业技术水“卜的发展起到了重要的促进作用。但是,与金属切削湘L床相比,锻压湘L械的伺服化、数字化的开发进程落后了数}一年。10年前,在日、欧等工业发达国家兴起了交流伺服电动机H_接驱动压力机的研究与开发,这种伺服压力湘与上述传统机械压力机相比具有结构简单、生产效率高、产品质量好、滑块运动柔性好、降噪节能显著等优点,被誉为第二代压力机。目前,这类压力机已在日本进入了普及期,随着其在汽车零件、电子零件等高精度、难成形零件加工领域中的应用和其优良的节能性,已经显示出了其他压力机所无叫一比拟的优越性,成为世界冲压技术及装备发展的主要潮流之伺月陡湘L械压力机的优点交流伺服电湘L驱动压力湘L能极方便地改变滑块的运动曲线,获得小同的工件变形速度,保证冲压件的质量。‘已是成形装备发展的新动向,设备柔性化发展的必然趋势。

  综合目前各类伺服机械压力机的工作特性,其主要优点有柔性高。滑块运动曲线可根据小同生产工艺和模具要求(如冲裁、拉伸、板料挤压和级进模冲压等进行优化设置,叫一设计特殊的工作特性曲线,进行高难度、高精度加工,实现滑块”自山运动“。fn块叫一以设置为自山工作模式,也叫一设定为下死点停留等功能模式,大大提高了压力机智能化程度和适用范围。

  生产效率高。叫一以根据实际情况的需要,在较大范围内设定滑块行程次数,在很宽范围内调节滑块速度。此外,伺服压力机行程也可以方便地调整,能根据成形工艺需要,使压力机在必要的最小行程内工作,生产效率得以提高。

  精度高。一方而,伺服压力机的运动可以精确控制,一般均装有滑块位移检测装置,滑块的任意位置(包括下死点)叫一以准确控制;另一方而,滑块运动特性可以优化,例如拉伸、弯曲及压印时,适当的滑块曲线可减少回弹,提高制件精度。通过闭环控制,滑块的重复定位精度高,保证了同批制件的精度、厂      <4)噪声低,环保。锻压机械国家标准规定,开式压力机噪声声压级蕊90dB <t}为合格品。但是对于整个冲压车间,山于压力湘L过于集中,时常会导致超过国家标准。伺服压力湘L无飞轮、离合器等零部件,简化了机械传动,大大降低了噪声。另外,通滑块的低噪声运动曲线有助于降低冲裁噪声统的冲裁相比,伺服压力机的两步冲裁工艺冲裁过程的中段停留一次,然后快速驱动完过程,这样伺服冲床突然卸载时储存的弹性就小至于过大)uJ一降低噪声至少l OdI3。伺服的环保特性体现在’已具有液压机的高性能,有液压系统,完全消除了油液污染。

  节能、易于维护。伺服压力机省去飞器,甚至采用H_接传动,传动环节大大减少,减少,川一维护性强。没有离合器结合能耗,滑后,电湘L停转,也没有了电湘以皮带轮空转,能降低。在普通机械压力机中,飞轮空转耗能约耗的6%--30%,离合器(主要指摩擦离合器占总能量的2007c,伺服压力)L没有飞轮和碑这部分能量得以节省。日本小松公司曾压力机连续工作功耗对比试验,结果服压力机节能新材料成形性好。伺服驱动压力机能满足一些新材料的成形工艺要求。例如,镁合成形时需将其加热到2500C:--3500C:,山于大部金产品为薄板结构,毛坯加热后在模具中的度非常快,囚此,在传统的压力机上难以实现力成形。用伺服驱动压力湘L,选用合适的滑块线,易于控制成形温度、防比工件表而氧化,并获得理想的高质量产品。

  操作性好。囚为采用了CNC数字化控制,人湘L界而友好,川一以力一便进行滑块曲线设定,滑块位置、速度的显示和记录,故障诊断等等。

  伺服)L械压力湘L的几种典刑结构上世纪90年代,日本会田<AIDA)和小松(I}OMATSU)公司先后推出了寸比伺服湘L械压力湘L。其结构形式有多种公司的山伺服电机经一级齿轮传动傲接驱动曲柄连杆湘L构的伺服湘L械压力机,见图1所示。

  公司的山两台伺服电机通过同步皮带减速,驱动滚珠丝杠使滑块上下运动的伺服机械压力机。滑块上的位移传感器提供反馈信号,组成闭环控制系统。与液压机相似,川一在滑块整个运动行程的任意位置均能产生最大工作载荷,滑块的运动曲线柔性可调。但山于滚珠丝杠强压力#J L有H1F系列,见图2c所示伺服机械压力机需要解决的关键技术大功率交流伺服电机及其驱动控制技术作为动力传动装置的伺服控制系统长期以来主要”ii.傲流伺服电机,但山于机械换向器与炭刷的影响,其功率和可“,‘”,'^,-性难以提高。具有变频调速的交流伺服驱动系统是21世纪的主流技术与产品,但目前伺服电湘L用于湘L械压力湘L上的研究还小是很广泛。

  公司于1999年开始研制专门用于金属压力成形中的高容量、大扭矩、低转速交流伺服电湘L,目前已开发出用于3000kN压力湘L上的单电湘L驱动系统,其能量消耗可与一般的湘L械压力湘L持“I'-。在我国,山于国外对大容量交流伺服电#J L及其驱动模块的垄断,大容量的交流驱动系统目前进曰价格}一分刁上巨'

  〔日乒几。

  交流伺服驱动技术是数控伺服压力机发展的核心技术,其发展的基础在于近些年来大功率交流伺服电#J以电子电力器件以及交流伺服控制技术二力而的突破。集中科研力量,开发具有自主知识产权的大功率交流伺服电机及其相关技术将为交流伺服驱动压力机的发展提供坚实的基础。

  提高机械传动机构的效率与承载能力交流伺服驱动压力机中,通过简化传动链,大大提高了湘L械传动效率。但对于伺服压力湘L所必需的械传动部件,如币」提高其传动效率,或开发新的传动#J L构,以满足伺服传动的要求尤为突出。例如,在伺服驱动的各类成形装备中,广泛采用螺旋副将旋转运动转换为H_线运动,目前大多采用重载滚珠丝杠,日本NSK公司已生产出傲径达140mm的重载滚珠丝杠系列产品,但滚珠丝杠的承载能力毕竟有限,而}I_价格昂贵。开发低成本、重载、高效、精密螺旋副是目前交流伺服驱动压力湘L承待解决的问题之能,要进行能量的回收;在工作状态要有足够的载荷与能量来进行冲压,此时电能需转变为机械能。但伺服压力机没有专门的飞轮来储存能量,囚此,伺服压力湘L的能量管理及反馈控制技术的研究也是研制大刑伺服压力机的关键。

  基于伺服压力机的成形工艺优化伺服压力机只有与各种成形工艺优化结合,刁能发挥出’已的优越性。研究各种成形工艺的成形湘理,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、降低生产成本非常重要。比如静音冲裁工艺,变速点的控制是关键;镁合金杯形件的反挤压成形,滑块在一个工作循环内需经历四种小同的速度,其中挤压过程还是恒压控制。

  另外闭环测量反馈控制、高精度加工工艺、振动及噪声控制、增力杆系#J L构集成系统等也是数控伺服#J L械压力#J L研发过程中需要解决的难题。

  能量管理及反馈控制技术伺服压力机在运行时囚为要经常改变速度,减速时采用电磁制动,运动部件减速的动能转变为电结束语伺服湘L械压力湘L具有复合性、高效性、高精度、高柔性、低噪环保性等特点,使得‘已的应用将越来越广泛,在成形工艺中的应用也将愈发重要。对伺服压力湘L的研究,小仅在理论上而}I_在实际生产中将会获得很大的社会效益和经济效益,也充分体现了绿色制造中的节能、降噪的先进思想。叫一以预见,伺服机械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重要的作用。

  目前,国内这一技术还比较落后,市场末见成熟的产品。发达国家虽有成熟产品,但价格昂贵。鉴于其广阔的应用前景,加快这项技术的研究开发,赶上世界装备技术发展的潮流,已成为锻压装备界的当务之急。

  【参考文献】

  莫健华,等。伺服托力机的发展现状及其应用。锻托装备与制造技术,何德誉,卞编。曲柄l+.力机。北京:机械}一业出版社,中国锻托协会。中国金属成形行业的发展状况。上海
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