伺服压力机的特点及前景远瞻

宋爱民 倪建成

【摘 要】交流伺服电机驱动是目前成形装备发展的一个新方向。文本介绍了伺服压力机的种类，及其所具有的复合性、高效性、高精度、高柔性、低噪声、节能环保等优点，充分体现了锻压机床的未来发展趋势。重点介绍了伺服压力机的分类、传动方式、及其应用过程中的主要特点，并对伺服压力机的发展前景进行了展望。

【关键词】伺服压力机；传动方式；应用特点；发展前景

0 前言

近年来，由于低速大扭矩 AC伺服电机的成功研发，电力电子、计算机控制技术等的快速发展，液压增力机构与肘杆机构等在压力机上的应用，具有复合加工功能的智能化、柔性化新型压力机―伺服压力机便应运而生。它推动了汽车制造业大型钣金冲压、拉伸工艺的伺服压力机和精锻、精压工艺的伺服压力机以及多工位伺服压力机等的迅速发展，形成了一股伺服化的潮流。

1 伺服压力机的定义

伺服压力机通常指采用伺服电机进行驱动控制的压力机。包括金属锻压用伺服压力机及耐火材料等行业专用伺服压力机。因伺服电机的数控化特点，有时也广泛称其为数控压力机。

伺服压力机通过一个伺服电机带动偏心齿轮，来实现滑块运动过程。通过复杂的电气化控制，伺服压力机可以任意编程滑块的行程，速度，压力等，甚至在低速运转时也可达到压力机的公称吨位。

2 伺服压力机的分类

伺服压力机分为伺服曲柄压力机、伺服连杆压力机、伺服螺旋压力机和伺服液压机等。

2.1 伺服曲柄压力机

一般的机械式曲柄压力机，是偏心齿带动滑块曲柄上下往返运动，曲线是正弦曲线。一般在滑块运行至下止点前达到最大公称吨位。行程固定不可调。一般的液压机因是通过液体传动压力，所以可在滑块行程任意位置实现工程吨位。行程可调但效率低下。

而伺服压力机通过电机控制滑块的运动，通过事先编程的方式来将机械压力机和液压机的优点集合，可在行程的任意阶段实现任意方式的冲压生产，压力曲线可任意编程。

在现有曲柄传动型伺服压力机产品方面，有小松公司的 H1F系列复合伺服压力机 、会田公司的NS1-D系列数控伺服压力机、山田公司的Svo-5与Mag-24型伺服压力机、纲野公司的Servo Link型伺服压力机，及金丰公司的CM1型伺服压力机等。

2.2 伺服螺旋压力机

传统的双盘摩擦驱动方式的螺旋压力机，在启动机器后摩擦盘连续不停地转动，耗能极大，且打击力度受人为影响较大，产品质量不稳定。

作为摩擦压力机的升级设备，目前在热锻压及耐火材料成型加工等领域，市场上根据驱动电机的不同先后出现了开关磁阻螺旋压力机和伺服螺旋压力机两种电动螺旋压力机。

伺服螺旋压力机在启动机器后，只要失去控制电压，电机立即停转，所以在压力机实施打击动作以外的时间耗电量几乎可以忽略不计，比摩擦压力机要省电约60%，而且由于伺服电机的优越性能，伺服螺旋压力机运行更为平稳、精确，可实现超短行程内的快速打击。

2.3 伺服液压机

伺服液压机应用伺服电机驱动主传动油泵，减少控制阀回路，对液压机滑块进行控制，适用于冲压、模锻、压装、校直等工艺。与普通液压机比较，伺服驱动液压机具有节能、噪声低、效率高、柔性好、效率高等优点，可以取代现有的大多普通液压机。

在现有的伺服液压机产品方面，日、欧等工业发达国家研究与开发较早，在日本现已逐步进入普及期。而国内目前仅有少数企业开展此类产品的研究，主要关键技术尚未突破，还未形成成熟产品。

3 伺服压力机的传动方式

伺服压力机的传动方式主要有以下几种：

3.1 直线伺服电机直接驱动滑块

直线伺服电机直接将电能转变为直线运动动能，推动滑块工作，实现“零传动” ，具有最短的传动链，因而此类伺服压力机结构简单、传动效率高、精度高、节能效果好。由于受到直线伺服电机输出扭矩等的限制，此类结构主要应用在小型短行程压力机上。如日本 AIDA 公司的 L-SF-300S 系列产品，最大扭矩 10kN，行程 100mm， 最大工作频率 200SPM。

3.2 直线伺服电机直接驱动曲轴

伺服电机通过齿轮副直接与曲轴联接，伺服电机的旋转运动通过齿轮副、连杆机构转换为滑块的直线运动，滑块的运动速度和位置可以被精准地控制。

此结构比传统的压力机结构简单，但由于受到伺服电机扭矩的限制，压力机吨位不大，主要应用在中小型压力机上，目前最大吨位为 2500kN。如日本 AIDA 公司的 NS1-D 和NS2-D 系列产品，广东锻压机床厂有限公司的 GPS 系列产品。

伺服电机间接驱动滑块-Ⅰ伺服电机的旋转运动通过同步带（或齿轮副）及滚珠丝杆副转换为滑块的直线运动，通过光栅尺等位移传感器检测滑块的运动来实现闭环控制。其运动特性类似于液压机，在全行程均可获得额定压力。局限性在于滚珠丝杆副承载能力有限，滑动螺旋效率低，压力机吨位不大。这种结构一般分两种情况：

a）采用单个伺服电机的传动结构，常用于螺旋精密压力机上，如日本 AIDA 公司的A-SF 压力机。目前最大扭矩为 800kN， 以静压力工作。

b）采用多个伺服电机的传动结构，此结构主要应用在伺服折弯机、闭式双点（四点）压力机上。

4 伺服压力机的应用特点

与传统机械压力机相比，伺服压力机具有一系列突出优点，其主要有：

4.1 超高精度，具有下止点自动补偿机能

通过高精度位移传感器，可始终保持下止点的高精度，偏载保证在±10μm 之内，在对薄板的冲切及精密成形加工等方面发挥其超群的性能。

4.2 自由工作模式、生产效率高

具有任意设定冲压曲线的功能，成形性、生产率得到大幅度的提高，它是一种可选择最适合的加工模式来配合加工内容的压力机。可以在控制器中预存适应不同工艺及不同材料的特性曲线供用户选用。

4.3 低噪音、环保

可控制上、下模具接触及分离的速度近于无噪音精密成形。

4.4 简化传动环节，减少维修和节省能量

伺服压力机省去飞轮、离合器及制动器等，传动环节大大减少，维修工作量亦相应减少，节省能量。每分钟行程次数越低，节能效果越好。

4.5 减少振动、提高模具寿命：

由于可以设计特殊的工作特性曲线，控制冲裁时的冲头速度，从而减少冲裁的振动和噪音，提高模具寿命。据日本 KOMATSU 公司的研究结果，模具寿命可以提高 3 倍。

5 伺服压力机的发展前景

伺服压力机所具有的复合性、高效性、高精度、高柔性、低噪声、节能环保等优点，充分体现了锻压机床的未来发展趋势。 伺服压力机可根据不同的生产需要设定不同的行程长度和成形速度， 同时，能够始终保证下止点的成形精度，有效抑制了产品的毛刺等的出现。伺服压力机运行噪音超低，冲压工件时噪声也很小，大大优化了工作环境；同时，模具振动小，可大幅度提高模具寿命。由于没有传统机械压力机的飞轮、离合器、制动器部分，节省了电力和润滑油用量等，使机器使用成本大大降低。

总之，伺服压力机已突破了常规机械压力机的概念，它的出现必将引起一场机械压力机的革命。

6 结束语

随着国内相关技术的开发以及与进口产品的竞争，市场价格会迅速降低，伺服技术在成形装备的应用领域也会越来越广。可以预见，伺服压力机将在一些重要制造领域，如电子产品、汽车等精密制造领域发挥越来越重要的作用，并将逐步取代液压机、普通机械压力机、机械折弯机、螺旋压力机等，成为压力机领域的一只黑马。

【参考文献】

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[2]孙友松，周先辉，黎勉，等.交流伺服压力机及其关键技术[J].锻压技术，2008（4）：1-8.

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[责任编辑：杨玉洁]