常见问题

压力机领域的伺服驱动

发布时间:2014-03-06 00:11:17　作者: 信息来源:

1 前言

　　在汽车、航天航空以及电子家电和通讯电器领域内，金属板的形成设备被广泛的应用，主要是应用于板壳的生产以及零件的生产，因此无论是在品种还是数量上都很繁杂，其中应用最广的就是机械式的压力机。目前生产的规模化的扩大是制造业的主要特征，产品也开始向着个性化发展，在型号上变化很快，并且变小的批量使得生产上有着很多的不确定性。生产业的趋势开始想着多型号共线进行生产，并且覆盖件也开始出现一体化以及大型化趋势。这些都对压力机提出了更高的要求，首先不仅仅需要压力机能够保证精度的情况下高速运转并且需要其承担的负载也大，而且，在柔性上的要求也要求其能够便捷的对输出运动规律进行改变。传统的机械式的压力机具有固定的模式在冲压上，因此工艺的适应性不强，由于运动形式的单一，因此对于材料不一样以及工艺要求不同的生产要求是无法尽心满足的，这也是传统的冲压设备的压力机上的滑块其曲线柔性在可调性上较差的缘故。尤其是在近些年，分模成型、复杂形状的零件的成型加工以及负荷和难成型的零件的生产都给压力机提出了工作性能上的高要求，因此柔性压力机的生产众望所归。

　　2 压力机上的伺服驱动的发展应用

　　2.1 技术分析

　　电机类型的区别使得电气伺服系统分成了DC以及AC两种系统，这是根据驱动类型划分的，DC即直流伺服系统，AC即交流伺服系统。在电机的应用中，上世纪就实现了直流以及无刷电机的产品化，在五十年代开始在计算机的一些外围设备以及机械设备中被广泛的应用开来。其发展二十年之后，到了七零年代应用最广泛的电机便是直流伺服。但是其发展受到了其本身缺陷的限制，这也是直流伺服式驱动技术自身的电机缺陷，首先其结构机身较为的复杂，这就使得在后期的维修养护上较困难，并且运行中的机械设备很容易发热，这样和驱动设备相连接的其他设备在精度上都会受到影响，如此一来就很难被应用在一些工作量大，高速运转的生产场合。并且直流驱动技术在发展上也遇到了换向器的瓶颈，一时之间伺服驱动技术发展受阻。而直流伺服在电机的电刷以及换向器这些部件上存在有不同程度的缺陷，这些缺陷别后来出现的交流伺服驱动电机所克服，尤其是在生产负荷上交流伺服电机更是体现了其巨大的优势，另外这种电机的惯性也很低，所以在现代的自动化工业生产中，交流伺服开始被关注并逐渐的推广开来。从上世纪的七十年代到八十年代的初期，交流伺服式的电机设备以及控制系统变成了生产的主导，这也是由于微处理器的技术发展以及高性能高功率半导体的功率器件的技术飞跃加之永磁制造材料的工艺发展都为其性价比的增加提供了有利条件。这种驱动形式也是工业自动化发展的基础，在工业领域中成为了发展的核心内容，直流伺服系统逐渐退出了工业舞台。

　　2.2 伺服压力机发展现状及趋势

　　随着伺服驱动技术的发展；上世纪90 年代世界工业发达国家兴起了伺服压力机的研究。美国的WIEDEMANN 和W.A.WHITNEY 公司、西德的TRUMPF 和NIXOORF DARADORN 公司、日本的AIDA 和NISSHINBO 公司以及瑞士的RASKIN 公司等都对交流伺服压力机进行了研究。Tokuz 建立了交流伺服电机驱动四杆机构的系统模型； R.F.Fung K.W.Chen 通过对压力机的运动学和动力学分析；研究了交流伺服电机-曲柄滑块机构的动态模型； Yan 和Chen 提出一种由交流伺服电机驱动的变转速曲柄滑块冲床；对于不同的冲压加工；冲床可提供不同的输入转速E日本会田（AIDA）和小松（KOMATSU）公司先后推出的新型数控压力机；在传动结构上采用伺服电机经一级齿轮传动直接驱动曲柄连杆机构工作。这些交流伺服压力机类型有：机械连杆伺服压力机、曲柄多连杆伺服压力机、直动式伺服压力机、液压式精密伺服压力机和液压式伺服压力机等等；压力机规格从40kN 到25000kN。其中，世界上最大的交流伺服压力机为日本网野公司（AMINO）研制的25000kN 机械连杆伺服压力机。在2005 年3月获得了日本17 届中小企业优秀新技术奖、新制品奖、优秀奖、技术经营特别奖等大奖。

　　目前，国内对于伺服压力机的研究也日趋广泛和深入。广东工业大学孙友松教授等对直流伺服电动机直接驱动的机械压力机进行了深入的研究；采用超大容量的电容构成的“电子飞轮”来替代传统机械压力机的飞轮。天津大学孟彩芳教授也研究了交流伺服混合输入式机械压力机。在第十四届全国机构学学术研讨会上；香港中文大学博士生何凯提出了一项新发明：一种可控机械式金属压力机。机床由一个恒速电机与一个伺服电机联合驱动；具有可控、节能、高效及精密等特点。杜如虚、金振林、郭为忠等对一种新型二自由度机械式可控压力机申请了中国发明专利；机构由异步电机驱动齿轮和曲柄连杆传动；由交流伺服电机控制，但惯性力平衡问题未得到解决。

　　3 开关磁阻伺服驱动技术及其在压力机中的应用

　　开关磁阻电机（ Switched Reluctance MotorDrive；简称SRD）是上世纪80年代初发展起来的一种新型调速驱动系统；具有结构简单可靠；调速性能优良；在宽广的调速范围内具有较高效率；可以在较小的电流下实现启动和频繁正反转；实现高精度、快响应、高效率和高输出的性能指标。其转矩电流明显高于大多数电机；它不用永磁材料；优势明显；已成为直流电机调速、无刷直流电机调速和交流电机调速等系统强有力的竞争者；引起各国学者和企业界的广泛关注。经过20多年的研究与发展；目前SRD已开始应用于制造业、航空和家用电器等各个领域，处于全面商品化阶段。

　　4 结束语

　　自动化以及智能化是目前现代工业生产的主要发展方向，其水平的提高是现代建设的追求，而伺服压力机恰恰就成为了其水平提高的最大助力，在工作特性上大大的改善了压力机的性能，并且成为了设备发展新的方向。国内在设备生产领域中受到了多因素的限制和制约，首先容量是一方面、另外扭矩大且转速低都会限制交流伺服的技术发展，以及这种技术的推广。而开关磁阻在电动机中的应用使得电动机具有很明显的优势，因此这种技术在压力机发展中起到了推动的作用，在研制开关磁阻电机中可以直接对伺服压力机进行驱动，因此目前阶段中我国的压力机在行业技术的水平上还有待提高。伺服压力机可大大提高设备的自动化、智能化水平；改善压力机的工作特性；是新一代成形设备的发展方向。目前；国内受高容量、大扭矩、低转速交流伺服驱动技术的制约；限制了该技术在压力机上的推广应用。鉴于开关磁阻电动机的明显优点；将开关磁阻电机应用于机械压力机领域；研制开发开关磁阻电机直接驱动伺服压力机；对现阶段我国压力机行业技术水平的提升是极其必要的。