螺旋轴承|关于伺服压力机的一些事~

本期编辑特刊出孙教授关于伺服冲压的文章合集，绝对权威，具有深入的参考意义。好文章已分享！

交流伺服电机驱动是成型设备发展的一个新方向。不仅可以实现成型设备的柔性化和智能化，还可以提高生产效率和产品质量，以及节能环保。本文介绍了交流伺服压力机的工作原理和发展现状。列举了几个基于交流伺服压力机的成形工艺实例，以说明这种新型压力机在下料、拉深、挤压、精冲等工艺中的优异性能。最后讨论了该印刷机的发展趋势。

传统压力机，尤其是各种机械压力机，采用交流感应电机供电，依靠飞轮储能，离合器控制启停。其最大的缺点是滑块工作特性固定，不能调整，工作适应性差，缺乏“灵活性”。AC伺服压力机是最新发展的成型设备。它由计算机控制的交流伺服电机提供动力，通过丝杠、曲柄连杆、肘节杆或其他机构将电机的旋转运动转换为滑块所需的直线运动。既能保持机械传动的各种优点，又能改变其工作特性不可调的缺点，使机械驱动的成型设备还具有柔性化、智能化的特点，大大提高了工作性能和工艺适应性。它还简化了结构，方便了安装，减少了维护，降低了能耗，减轻了重量。它是高科技与传统机械技术的结合，对促进成型设备升级具有无限影响。短短十余年时间，其应用领域已从注塑机发展到折弯机、机械压力机、数控转头压力机、螺旋压力机等成型设备。AIDA、KOMATSU、AMINO、ENOMOTO等日本各知名压机厂商投入大量人力物力研发，并推出了商业产品。AIDA公司将其开发的这种新型印刷机称为“第三代印刷机”，被认为具有划时代的意义。一些欧洲印刷机制造商也加入了行列。例如，德国SCHULER公司在2007年北京国际机床展（CIMT07））上推出了2500-6300kN系列压力机。国内不少厂商最近也开始了这项技术的研究和产品开发。本文介绍了交流伺服驱动器的基本原理及其在压力机中的应用现状和发展趋势，并介绍了基于交流伺服压力机的几种冲压工艺。这被认为具有划时代的意义。一些欧洲印刷机制造商也加入了行列。例如，德国SCHULER公司在2007年北京国际机床展（CIMT07））上推出了2500-6300kN系列压力机。国内不少厂商最近也开始了这项技术的研究和产品开发。本文介绍了交流伺服驱动器的基本原理及其在压力机中的应用现状和发展趋势，并介绍了基于交流伺服压力机的几种冲压工艺。这被认为具有划时代的意义。一些欧洲印刷机制造商也加入了行列。例如，德国SCHULER公司在2007年北京国际机床展（CIMT07））上推出了2500-6300kN系列压力机。国内不少厂商最近也开始了这项技术的研究和产品开发。本文介绍了交流伺服驱动器的基本原理及其在压力机中的应用现状和发展趋势，并介绍了基于交流伺服压力机的几种冲压工艺。国内很多厂商最近也开始了这项技术的研究和产品开发。本文介绍了交流伺服驱动器的基本原理及其在压力机中的应用现状和发展趋势，并介绍了基于交流伺服压力机的几种冲压工艺。国内很多厂商最近也开始了这项技术的研究和产品开发。本文介绍了交流伺服驱动器的基本原理及其在压力机中的应用现状和发展趋势，并介绍了基于交流伺服压力机的几种冲压工艺。

1.电力驱动和交流伺服驱动

基于电动机的电驱动技术诞生于十九世纪初，至今已有近200年的历史。已成为包括锻压机床在内的各种机械设备的主要传动方式。

电力驱动分为两大类：直流和交流。由于直流驱动器具有优越的调速性能，直到上世纪上半叶，高性能可调驱动器都使用直流电机，而占电气驱动总量80%以上的通用驱动器使用交流电机，无法调整。一些锻压机属于这一类。“直流调速，交流不调速”已形成共同格局。直流调速虽然优点很多，但由于采用机械换向，存在换向器寿命低、换向火花、成本高等问题。电机的容量和转速以及应用场合都受到一定的限制，例如其极限容量——转速乘积仅为106kW.RPM。

1960年代和70年代，随着电力电子技术的发展，特别是大规模集成电路和计算机控制技术的出现螺旋轴承，产生了高性能的交流调速系统。它克服了直流调速系统的缺点，实现了直流控制。速度相同的表现。交流调速近30年来发展迅速，已取代直流调速系统，成为电驱动的主要发展方向。据统计，2001年，交流传动占世界可调式电传动产品的2/3以上。

伺服电机驱动是指可以根据任何输入信号改变电机速度或其他参数。长期以来，交流伺服电机仅用作执行器，用于功率不超过1千瓦的伺服控制系统。大功率交流伺服电机及其驱动控制装置的出现，使该技术能够应用于机械设备的主驱动，成为交流伺服驱动系统。正是在这样的背景下，上世纪末发达国家开始将交流伺服驱动技术应用于锻压机械的研究和产品开发中，出现了交流伺服电机驱动的压力机，并得到了十多年的快速发展。 . .

2.交流伺服压力机的特点

（1） 实现灵活性和智能化，提高工作性能。由于原动机由不能调节控制的普通感应电机变为可任意调节的数控伺服电机，自动化程度智能化，提高工作效率；获得任意滑块特性，扩大设备的工艺适应性；可根据不同工艺采用相应的优化曲线吊车出租，提高工作性能。伺服压力机，成型极限可提高25%。

（2）精度高。一方面可以精确控制伺服压力机的运动。一般配有滑块位移检测装置和滑块行程调整装置。滑块的任何位置（包括下死点）可以精确控制伺服压力机滑块的位置精度一般可以达到0.01mm；另一方面，可以优化滑块的运动特性。

（3）简化传动环节，减少维护，节约能源。伺服压力机省去了飞轮、离合器甚至直接传动。传动环节大大减少，维护工作量也相应减少。

伺服压力机的节能主要体现在以下几个方面： 伺服电机比普通感应电机效率更高。交流伺服电机采用变频调速，效率高，损耗低。减速时采用电磁制动，制动能量可储存和回收。与机械制动和液压驱动油门调速相比，可大大节约能源。在普通压力机中，飞轮空转能耗约占总能耗的6-30%。伺服压力机没有飞轮，电机只有在工作时才旋转。这部分能量是可以节省的。在普通压力机中，离合器（主要是摩擦离合器）消耗的能量约占总能量的20%。伺服压力机取消离合器，而这部分能源是可以节省的。大多数中小型机械压力机使用摩擦制动器。制动器每循环工作一次，消耗能量；伺服压力机的制动器只在停止时起作用，可节省制动能耗。

当然，节能效果还是由电流转换效率和能量储存再利用效率决定的。一般来说吊车公司，伺服压力机比普通机械压力机和液压机更节能。例如，采用该技术的全电动注塑机比传统液压注塑机节能25-60%，而村田公司的AC伺服数控回转头压力机也节能30%-40%与液压式相比；日本ENOMOTO开发的基于该技术的螺旋压力机节能高达50%。AMINO声称开发的伺服压力机比液压机节能2/3。Komatsu AMERICA 对一台 300 吨压力机进行了连续功耗对比测试，

（4）环保伺服压力机的环保特性体现在液压机的性能上，但没有液压系统，彻底杜绝了油污；而且由于传动系统简化，传动噪音小大大降低；优化滑块运动特性，降低工艺噪音，如无声落料，大大改善生产环境，AMINO 25000KN伺服机械压力机噪音仅75db(A)，减少10-20db比普通印刷机。

（5）提高模具寿命和生产率。由于振动减少，模具寿命可提高3倍，设备寿命也相应增加。由于伺服压力机的行程可以轻松调整，压力机可以可根据成型工艺需要进行调整，以最小行程工作可提高生产效率，其工作频率不仅高于油压机，也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与执行器直接连接，推动滑块工作。传动链最短，因此结构简单，传动效率高，精度高，并且具有很大的发展前景，目前这种压机有两种形式。

1）直线伺服电机直接驱动压力机。直线电机可直接将电能转化为直线运动，推动滑块工作，实现“零传动”。已成功应用于机床、磁悬浮列车等的进给。1990年代浙江大学研制了5-50KN压力机。与普通机械压力机相比，可节能40%，体积减小60%，重量减轻40%。日本AIDA公司推出了L-SF-300S系列产品，最大规格10KN，行程100MM，最大工作频率200SPM。山田DOBBY开发的同类压力机具有示教功能，最大压力24kN，滑块精度0.5μm。

2） 日本AIDA公司的NC1-D和NS1-D系列，采用伺服电机直接驱动曲柄，属于此类产品。低速大扭矩伺服电机直接与曲柄连接，无减速机构。结构简单，减少维护，节约能源，噪音低。它声称即使在住宅区也可以一天24小时工作。由于伺服电机扭矩的限制，压力机的吨位不能太大。目前最大吨位为2500KN。

（2）伺服电机—减速—丝杠这类压力机一般是通过同步带将伺服电机与丝杠相连，将旋转运动转化为直线运动。其运动特性与液压机相似，且在全行程中可以获得额定压力 限制是滚珠丝杠的承载能力有限，滑动丝杠的效率低，压力机的吨位不能太大，常见的有两种形式：

1）全电动数控伺服折弯机钣金折弯机是一种应用非常广泛的折弯设备。早在80年代，CNC就已经实现了。一般采用电液伺服和光栅组成闭环控制。折弯过程从编程到折弯过程模拟、控制和校正都是高度自动化的。交流伺服电机驱动的全电动折弯机的出现，进一步提高了其工作性能。

KOMATSU公司于1995年开发出PAS系列交流伺服折弯机，目前规格已达到350-1250KN。交流伺服电机驱动除具有节能、结构简单等一般优点外，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，滑块运动更加灵活；由4个独立驱动单元驱动时，方便补偿机身和滑块的变形，提高零件精度。据说与液压驱动的折弯机相比，生产率提高47%，运行成本降低35%，节电15%，试弯时材料消耗减少8-14%。

日本小松四点折弯机

2）螺杆精密压力机 AIDA公司A-SF压力机属于此类产品。目前最大吨位为800KN。其性能类似于液压机，在静压下工作。伺服电机驱动两个不同直径、不同传动比的皮带轮，通过离合器进行切换。在空行程中，减速比小，螺杆转速较高；在工作行程中，减速比大，螺杆转速慢，增力比也大。这种传动方式可以降低对电机的要求。滑块上有位移传感器，用于反馈位移信号。小松HCP伺服压力机的传动原理与此类似。

（3）电机—减速—曲柄连杆（肘节） 日本KOMATSU、AIDA、AMINO、德国SCHULER等公司开发了各种类型的伺服曲柄压力机。KOMATSU称这种压力机是一种“自由运动” ” 压力机。伺服驱动的曲柄压力机保留了曲柄压力机原有的优点。与螺杆传动不同的是，电机在回程过程中不需要反转，滑块在接近行程时自动降低速度。下死点。增加的力比增加。这种类型的压力机按传动方式分类，大致有以下三种：

1）电机-减速-曲柄连杆 AIDA的NS1系列伺服曲柄压力机就属于这种类型。伺服电机通过一级齿轮传动驱动曲柄连杆机构。与普通曲柄压力机不同，采用交流伺服电机代替普通感应电机，取消了飞轮和离合器，并安装了大容量电容器来储存电能。

2）电机-减速-曲柄-肘节杆采用肘节杆机构，增大受力比，减小电机容量，增加压机吨位。小松H1F单点伺服压力机和AMINO双点伺服压力机的传动原理如下图所示。AMINO公司该款压力机最大吨位可达25000kN。

小松单点（左）和氨基双点（右）伺服压力机

3）混合动力传动（电机-减速-螺杆-拨杆）采用这种传动方式，可以获得更大的升压比，制造更大吨位的压力机；缺点是需要拧螺丝，工作频率不能太高。日本小松H2F双点伺服压力机的传动原理，两台伺服电机通过皮带减速带动滚珠丝杠运动，再通过肘节机构使滑块上下运动。压力机不仅有位移传感器，还有用于反馈压力信号的压力传感器。2004年小松生产的多点压力机​​规格已达到42000kN。AMINO的双点伺服压力机，25000kN压力机采用两台200KW交流伺服电机，最大规格为32000kN。

小松H2F双点伺服压力机传动原理

AMINO双点伺服压力机传动原理

工业部长奖。Amada还推出了EM2510NT产品，该产品由双伺服电机驱动，号称“世界上最快的数控旋转头压力机”。它的啃咬频率达到每分钟1800次。

（5）螺旋压力机电动螺旋压力机由于一系列的优势，近年来得到了很大的发展，尤其是大吨位螺旋压力机，潜力巨大，目前最大吨位已经达到32万KN。

有人曾经分析过电动螺旋压力机电机的加热过程。由于螺旋压力机电机的转差率较大，会导致转子发热。相信它的传动效率并不比普通的摩擦压力机高。当它受到很小的能量撞击时，效率甚至低于普通摩擦压力机的效率。. 交流伺服电机驱动技术的出现从根本上解决了这个问题。日本ENOMOTO公司在其电动螺旋压力机中采用交流伺服技术，开发出100-1000吨伺服螺旋压力机。本产品荣获2002年日本新技术开发设计奖。其主要优点是节能，控制精确方便。据说节能效果高达50%。国内华中科技大学等单位也开发了类似产品。山东工业大学研制出一种由开关磁阻电机驱动的电动螺旋压力机。

4. 基于伺服压力机的成型工艺实例

（1）无声落料当在压力机上进行落料工作时，在材料断裂的瞬间工作负荷突然消失，积聚在机身和传动机构中的弹性变形能会在短时间内释放出来，所以会产生振动和巨大的噪音，不仅会损坏设备和模具，还会恶化生产环境，危害工人的身体健康。如果滑块的运动能得到有效控制，储存的弹性变形基本可以在生产前释放出来。材料完全破碎。可以大大降低冲压振动和噪音。这种“静音冲压”可以在伺服压力机中实现。小松声称使用伺服压力机可以消除99%的冲压噪音。在这里，换档点的精确控制是必不可少的。

静音消隐

（2）精密下料在进行精密下料时，下料速度与工件质量和模具寿命密切相关。日本KOMATSU公司在普通机械压力机上进行了精密下料对比试验和一台HAF伺服压力机 工件为空调凸轮，尺寸40×13MM，承重80吨，材料SPC。冲切速度越低，切割断面的厚度越大，断面质量越好。普通冲床2000-3000片后表面出现裂纹，但3000片后伺服压力机截面保持完好。

精冲

这适用于汽车面板的加工。意义重大。

箱形零件的拉深

（4）轴承垫在机械压力机上压制成型，压力为110吨，工件公差0.02mm。由于滑块下死点位置的漂移，它经常出现周期性超差；伺服压力机后，由于滑块的下死点位置可以得到严格控制，工件的实际偏差可以控制在0.01mm以内，负载可以减少一半，只有48吨。

轴承垫压制

（5）镁合金挤压成型镁合金塑性差，塑性成型难度较大。小松在其HCP3000伺服压力机上成功完成了镁合金杯形件的反挤压成型。毛坯为Φ80×8板，坯料放入凹模后，冲头缓慢下降螺旋轴承，将坯料压在冲头和顶出器之间，在下降过程中坯料被加热到3000C；当顶出器到达下限位置时，滑块保持一个恒定的压力，以较低的速度下降。挤压开始，直到背挤压工作完成（CD段）；然后滑块快速返回。滑块在一个循环中经历了4种不同的速度，其中挤压过程仍然在恒压控制下。显然，这个过程在普通的机械压力机上是无法实现的。

镁合金反挤压成型工艺

5.总结与讨论

（1）交流伺服压力机的发展前景交流伺服压力机在性能上有很多优势，已经被证明了。但是，业界对这种压力机的发展前景并没有统一的看法。没有多少真正实现商业化生产的国家，普通交流电机+飞轮的传动方式具有价格低廉、简单可靠等一系列优点，历史悠久，在锻压机械上得到广泛应用。在所有压力机上都使用伺服驱动器是不可能也没有必要的，但是伺服驱动器给压力机带来的一系列优势，特别是灵活性、节能和降噪，确实对锻造设备显示出诱人的前景。节能，环保和高性能将使其越来越具有竞争力。

目前大功率交流伺服电机及其控制系统价格昂贵，是该技术推广应用的主要障碍。造成这个问题的主要原因是大功率交流伺服电机及其驱动控制系统基本被国外产品垄断。随着国内技术的发展和与进口产品的竞争，市场价格将迅速下降，该技术在成型设备上的应用将越来越广泛。可以预见，伺服压力机将在一些重要的制造领域发挥越来越重要的作用，如电子产品、汽车等精密制造领域。它将部分取代液压机、普通机械压力机和螺旋压力机。

（2）交流伺服驱动器的能耗和电机容量如上所述。在普通压力机中，电机负载相对稳定。即使是工作循环的非工作时段，飞轮也必须消耗能量恢复飞轮速度 能量消耗贯穿整个循环，电机额定功率基本等于循环平均能耗 对于交流伺服驱动器，没有飞轮，实际消耗的功率是可变的。就电机的额定功率而言，伺服压力机会比普通机械压力机大，但是伺服压力机的实际能耗仍然低于普通压力机，因为功耗两种驱动方式的区别很大。降低电机容量的方法之一是增加电机的过载能力。

（3）伺服压力机工作时对电网的冲击。伺服曲柄压力机在工作时会产生很大的短时冲击电流，尤其是大吨位压力机。这对电源造成很大的危害电网。注意，一个有效的方法是使用电容储能，相反，伺服螺旋压力机在换向时的电流会比普通螺旋压力机小，减少了电机发热和电流冲击。

（4）加快研发步伐，用交流伺服电机代替传统的感应电机，可以大大提高成型设备的自动化和智能化水平，提高工作性能，具有划时代的意义。目前这项技术我国还比较落后，但国外发达国家才刚刚起步，鉴于其广阔的应用前景，必须加快该技术的研发，才能跟上世界装备的发展趋势。技术。