下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
重载交流伺服驱动技术的出现为改变传统机械压力机长期存在的一系列问题带来了契机，它以柔性化、智能化、节能环保等特点，正引爆传统成形装备领域的一场革命，成为世界成形装备技术的最新发展方向。伺服机械压力机成为其中最典型的代表，它不但可以保持传统机械驱动的种种优点，而且克服了其工作特性不可调等缺点，使机械驱动的成形装备具有了柔性化、智能化的特点，工作性能和工艺适应性大大提高；同时，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相结合的典范，对于推动成形装备的更新换代，具有不可限量的影响。短短十多年，其应用领域已经从注塑机发展到折弯机、机械压力机、数控回转头压力机和螺旋压力机等各种成形设备。
日本在世界上较早开展伺服机械压力机技术的研究和产品开发，20世纪80年代后期交流伺服驱动技术被用于注塑机，并在20世纪90年代得到迅速发展，全电动伺服注塑机进入市场，在这些产品中，伺服电动机+滚珠丝杠取代了液压缸。1987年东洋工机（Toyokoki）开发了首台由100 kN的交流伺服电动机驱动的折弯机，采用滚珠丝杠传动，此机床可视为首台伺服机械压力机，如图1-2所示。此后，日本各压力机制造厂商都投入到伺服机械压力机的开发中。1997年，日本小松公司开发出 HCP3000型伺服机械压力机，其最大负荷为800 kN，工作机构为两条滚珠丝杠。小松公司在2009年就声称已经在全球安装了超过2000台单点和多点伺服机械压力机，最大吨位达35 MN。德国、西班牙、中国等国家也开发出了多种型号的伺服机械压力机。
伺服机械压力机的正式产品虽然在世纪之交才问世，迄今仅有十多年的历史，但发展十分迅猛，日本、德国等国的主要锻压装备制造厂家均把伺服机械压力机作为主要发展方向，已制订了相应的行业标准。据估计，21世纪最初十年，全球已经有数千台伺服机械压力机投入生产。据日本锻压机械工业会的统计，2003年日本伺服机械压力机仅占全部锻压机械的4%，而2017年1～9月份已经达到32%。
我国锻压装备制造行业紧跟世界潮流，纷纷开展了这一新技术的研究和产品开发。2004年，国家专利局颁布了两件有关伺服机械压力机的专利；2009年，“大型伺服机械压力机”被列入国家重大科技专项。国内诸多重点高校从21世纪初期就开展了相关技术研究，不少主要锻压机床制造厂家也都开展了伺服机械压力机新产品的开发和应用研究工作。
图1-2 100kN电动伺服折弯机（日本Toyokoki，1987）
伺服机械压力机在传动和结构上的主要变化是：滑块的运动和压力由不可控变为可控；去除了飞轮、离合器-制动器，传动环节简化；用伺服电动机取代了普通感应电动机，采用计算机控制。这使压力机在性能上具有以下特点：
1.实现柔性化和智能化
由于原动机由不能调节和控制的普通感应电动机改为CNC控制可任意调节的伺服电动机，滑块运动由简单的“起、停”改变为实时控制，自动化、智能化程度提高，工作效率提高，可以获得任意的滑块特性，设备的工艺适应性扩大；便于加入物联网，与自动化生产网络相连，实现远程监控。
2.提高材料成形极限
材料成形极限与成形条件（尤其是成形速度）密切相关。可以根据不同的工艺采用相应的优化曲线，提高成形性能。例如，有报道称，在伺服机械压力机上拉深，成形极限可以提高25%。
3.提高产品质量
一方面，伺服机械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）可以准确控制。伺服机械压力机的滑块位置精度一般可以达0.01 mm。另一方面，滑块的运动特性可以优化，例如在拉深、弯曲、压印时，优化的滑块运动曲线可减少回弹、提高制件精度；模具低速接近工件，可以减少工件振动，减少模具变形等。
4.简化传动环节 ， 提高了设备的可靠性
伺服机械压力机省去飞轮、离合器，甚至采用直接传动，传动环节大大减少，不但缩小了体积，减轻了自重，而且维修工作量亦相应减少。
5.节能
伺服机械压力机节能主要体现在以下几个方面：
1）交流伺服电动机较普通感应电动机效率高。
2）交流伺服电动机采用变频调速，效率高，损耗小。
3）减速时采用电磁制动，制动能量可回收储存。与机械制动和液压传动的节流调速相比，可大大节省能量。
4）在普通压力机中，飞轮空转耗能约占总能耗的6%～30%。伺服机械压力机没有飞轮，仅在工作时电动机才旋转，这一部分能量得以节省。
5）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%，伺服机械压力机取消了离合器，这一部分能量得以节省。
6）大多数中小型机械压力机采用摩擦制动器。制动器每个工作周期均工作，消耗能量；伺服机械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，节能效果尚取决于变流以及储能和再利用的效率。总体而言，伺服机械压力机较普通机械压力机和液压机都要节能。例如，采用这一技术的全电动注塑机较传统液压式注塑机节能25%～60%，日本村田公司交流伺服数控回转头压力机比液压式也节能30%～40%；日本ENOMOTO公司开发的基于这一技术的螺旋压力机节能达50%。日本AMINO公司声称所开发的伺服机械压力机较油压机节能2/3。小松America曾进行过300t机械压力机连续工作功耗对比试验，结果证明伺服机械压力机节能32%～42%。
6.环保 ： 消除油液污染 ， 减少振动和噪声
伺服机械压力机的环保特性体现在它具有液压机的性能，但是又没有液压系统，完全消除了油液污染；又由于简化传动系统，使传动噪声大大减少；滑块的运动特性得到了优化，减少了工艺噪声，实现静音冲裁，极大地改善了生产环境。AMINO的25000kN 伺服机械压力机的噪声仅为75dB，较普通压力机减少10 ～20dB。广东工业大学在1100kN 伺服机械压力机上进行静音冲裁试验，与常规冲裁相比，噪声下降了25 dB以上。将来甚至可将伺服机械压力机与其他金属切削机床安装在同一层楼，更加便于生产系统的集成。
7.提高模具寿命
可以通过降低模具接触工件的速度或其他优化滑块运动模式等方法，使振动大大减少。据称，伺服机械压力机上的模具寿命可以提高3倍。
8.提高生产率
由于伺服机械压力机的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，或提高空行程和回程速度，以提高生产效率。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。