伺服压力机特性及其柔性应用

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1、伺服压力特性及其柔性应用目前，伺服压力机除了大规模应用的曲柄连杆、丝杠螺母等传统机构外，还采用了肘杆、鑫台铭多连杆、差动轮系、蜗轮蜗杆等机构，且对这些基本机构进行串联式或并联式组合设计。在国内大规模应用的伺服压力机从驱动结构来说主要是前两种结构。本文就目前国内主要应用的曲柄连杆和丝杠螺母传动结构进行了分析与比较，并对伺服压力机的优点和目前发展过程中面临的主要问题进行讨论。一、伺服压力机结构1.数控压力机驱动系统伺服化机械压力机单调的生产方式将无法满足个性化多品种、小批量生产的需要，必须走柔性化生产的道路。首先，应改变其固定行程并由飞轮作刚性驱动模式，而变为行程量、行程下死点及速度

2、均可调的柔性化模式，才能适应不同类型零件的冲压，包括行程曲线、速度、工件成形方法等，使之接近最佳的成形条件。其次，取消飞轮及离合器，使用大扭矩重载伺服电动机通过齿轮或直接驱动曲轴转动或摆动，带动滑块可组合成各种运动模式，而这正是伺服压力机所具备的优点。2.曲柄连杆结构通过伺服马达驱动偏心旋转机构，将该偏心旋转机构经过连杆传递给滑块。利用伺服马达连续旋转，能够高速上下驱动滑块，从而能够适宜进行高速生产。这类伺服压力机结构简单，易于开发，取消了飞轮、离合器与制动器，以及缩小了齿轮，是伺服机械压力机前期产品常选方案。是国内不少企业首选的伺服压力机传动结构，但机器存在传动链长，传动精度难

3、以提高的不足。由于减速比不够大、无增力结构，该方案对伺服电动机容量要求较高，大幅增加了成本。但由于采用曲柄结构，不需电动机完成正反转动作。3.丝杠螺母结构利用滚珠螺杠机构将伺服马达旋转动力通过肘杆机构上下驱动滑块。在该伺服压力机中，预先存储相对于基于滑块位置、滚珠螺杠位置或螺母位置的关系式的滑块位置的实际的位置增益转换式，在滑块实际控制时，根据上述实际位置增益的转换式，对应于滑块位置修正位置增益，利用滑块位置偏差和修正后的位置增益运算伺服马达速度指令，以控制伺服马达。根据该伺服压力机，能够高精度地定位滑块，从而能够适于进行高精度加工。具有电动机功耗小、传动效率高的特点，该伺服电动

4、机通过蜗杆驱动蜗轮，进而通过重载丝杠螺旋副变蜗轮的转动为滑块的移动，然后利用对称肘杆机构增力后驱动下滑块上下移动。由于采用两台伺服电动机驱动、蜗轮蜗杆减速、对称肘杆增力，具有以下优点：肘杆机构结构简单，刚性较高；肘杆机构本身具有急回特性，可以很好适应成形要求；肘杆机构滑块在工作行程内有更好的低速运动特性；肘杆机构具有很好的增力特性，可以减少伺服电动机的控制及降低电动机的功率需求实现节约能耗。肘杆机构中含有较多转动副，这些转动副摩擦对三角肘杆机构有较大影响，尤其是在大型伺服压力机中这种影响更为明显。该方案存在的问题是：必须解决重载丝杠的设计、效率、寿命、制造和成本问题；传动链较长，

5、增加了制造的复杂性；上滑块的行程要大得多，从而增加了丝杠的长度，降低了冲压频率，因此设备单位时间行程次数不会很大，制约了在自动化冲压线的大规模推广。二、伺服压力机特性伺服压力机是利用永磁铁伺服电动机具有的动力、变速与执行等多种功能，以及转速具有良好可控性的特点，直接（或通过齿轮传动）驱动冲压机构，采用自适应扭矩控制技术和计算机控制技术，利用数字技术（以及反馈控制技术）控制伺服电动机的运转，可以精确地控制滑块相对于电动机转角的位置，以便于独立控制滑块的位置和速度，用一种冲压机构实现为多种冲压工艺而设定的最适合的滑块运动模式，通过编制不同的程序，实现工艺所需的各种滑块运动曲线，获得不

6、同的工件变形速度，保证了工件质量，提高了模具寿命，是一种环保节能型压力机，实现了机械压力机的数字控制，使机械压力机真正跨入了数字化时代。伺服驱动压力机的主要特点是以压力机主驱动电动机和滑块传动装置直接连接取代惯性飞轮。（1）提高生产率行程长度可设定为生产必要的最小值，维持与加工内容相适合的成形速度。（2）制品精度高通过闭环反馈控制，始终保证下死点精度。抑制产品出毛边，防止不良品的产生。（3）噪声低，模具寿命长通过低噪声模式（即降低滑块与板料的接触速度），与通用机械压力机相比，大幅减少噪声。且模具振动小，寿命长。（4）滑块运动的可控制性使用者可利用此特点编制出适合于加工工艺的滑块运

7、动方式，有效提高产品精度和稳定性，提高模具寿命及生产率，且可实现静音冲裁，甚至可以扩大加工范围（如镁合金冲压加工等），适于冲裁、拉深、压印及弯曲等工艺，以及不同材料特性曲线。如可将滑块运行停止保压，其目的是提高制件的成形质量。（5）节能环保取消了传统机械压力机的飞轮、离合器等耗能元件，减少了驱动件，简化了机械传动结构；润滑油量少，行程可控；由于电力消耗少，因此运行成本也大幅降低。三、伺服压力机柔性应用伺服压力机采用大功率伺服电动机驱动，不仅可以提高材料利用率，还能够提升产品质量，