3.2 交流伺服壓力機的研究現狀

3.2.1 交流伺服壓力機的國外研究現狀

交流伺服壓力機的關鍵部件之一就是伺服電動機，伺服電動機的性能直接影響著交流伺服壓力機的工作狀況。伺服電動機的關鍵技術是計算機技術和伺服控制技術，誰率先掌握了這些技術，誰就能研制出性能優越的交流伺服壓力機。由于日本、美國等工業強國的計算機技術、伺服控制技術發展的比較早，這些國家在20世紀就研制開發了一些伺服壓力機。

液壓壓力機率先使用了伺服控制技術，但它的伺服控制作用并不是直接體現在傳動系統上，而是主要通過操縱輔助系統來實現伺服控制。日本的會田公司與日清紡公司、瑞士的拉斯金公司和美國的魏德曼公司等都曾經生產過利用液壓驅動的伺服壓力機。這些伺服壓力機在工作過程中都顯示出了傳統壓力機所無法具有的優越性能。

隨著伺服電動機技術的發展，國外的研究學者和壓力機制造公司開始將伺服電動機直接用于壓力機傳動系統的伺服控制。通過控制伺服電動機的運轉情況，可以根據加工情況實時控制壓力機的滑塊工作曲線。新型的伺服壓力機用交流伺服電動機代替了傳統的交流異步電動機，是壓力機發展歷史上的重大進步。普通交流伺服壓力機的飛輪空轉和離合器結合會消耗大量的能量。交流伺服壓力機由于采用了伺服控制技術，可以省掉傳統壓力機所必需的離合器和大飛輪等部件。

目前，國外現有研發的交流伺服壓力機產品類型有：機械連桿伺服壓力機、曲柄多連桿伺服壓力機、直動式伺服壓力機和液壓-機械式伺服壓力機等多種類型，公稱壓力為40～25000kN。在2008年的歐洲金屬板材展覽會上，展出伺服驅動壓力機的企業主要有日本會田、小松、天田、山田等亞洲企業，歐洲的壓力機企業如舒勒、法格塞達、布魯德（BRU- DERER）、阿庫（ARKU）等企業也展示了這方面的應用。

日本網野（AMINO）公司成功研制了25000kN的伺服壓力機，是當時最大的交流伺服壓力機。該伺服壓力機在2005年3月獲得了日本“第17屆中小企業優秀新技術獎”、“新制品獎”、“優秀獎”、“技術經營特別獎”等大獎。該機械連桿伺服壓力機采用交流伺服電動機作為驅動源，通過減速器驅動特殊螺桿和對稱連桿等帶動滑塊運動，其結構如圖3-9所示。2007年該伺服壓力機引入東風汽車公司，組成了汽車覆蓋件生產線。

日本的天田（AMADA）公司先后開發了伺服壓力機SDE2025和SDEW3025（見圖3-10），其公稱壓力分別為2000kN和3000kN。兩種機型均具備曲柄、連桿、軟件、程序、振子、整形和重復這7種運動模式，可以根據加工對象選擇運動模式，進行高精度、穩定的加工。

日本會田（AIDA）公司成功研制了NS1-D、NS2-D和NC1-D等系列數控伺服壓力機，能達到3000kN的公稱壓力，主要特點是高轉矩、低噪聲、低振動等。圖3-11所示為NS1-D型號的產品和伺服壓力機的主傳動系統結構。伺服電動機取代了傳統的主驅動電動機、飛輪、離合器和制動器，可直接驅動傳動軸來控制滑塊行程。

日本小松公司生產的伺服壓力機在業內一直享有盛譽。小松公司先后推出了幾款數控伺服壓力機：2001年，推出了H2F（見圖3-12）、H4F系列交流伺服壓力機，公稱壓力為2000～10000kN；2002年，推出了H1F系列混合型伺服壓力機（見圖3-13），公稱壓力為350～2000kN。盡管小松的交流伺服壓力機的價格高出傳統壓力機約50%，市場銷售卻異常活躍，每年銷售量達數百臺。

舒勒公司生產的伺服壓力機以性能好、質量高聞名業內，如圖3-14所示。2008年舒勒公司為比利時的佩恩（Penne）公司提供了PSE2-315型的伺服壓力機。這臺壓力機是舒勒公司出口到比利時的第一臺伺服壓力機，是專為零部件生產商的柔性生產線研制。2009年2月，這臺壓力機正式在比利時佩恩公司的生產車間里投產，用于生產汽車前窗刮水器的部件。

3.2.2 交流伺服壓力機的國內研究 現狀

隨著國內鍛壓技術的發展，國內對伺服壓力機的研制狀況也隨之展開。濟南二機床集團有限公司是目前中國規模最大的重型數控鍛壓設備和大型數控金切機床研發制造基地，于2007年研發出內地首臺10000kN伺服壓力機，如圖3-15所示。該公司生產的10000kN伺服壓力機是由雙電動機驅動的，但傳動系統仍包含有飛輪和制動器等，所配的伺服電動機和驅動裝置由ABB公司提供。2012年11月19日，濟南二機床集團對外公布，國內首臺25000kN大型伺服壓力機研制成功，這標志著我國汽車覆蓋件沖壓裝備與世界最新技術全面接軌。

合肥合鍛機床股份有限公司于2010年研發出SHPH27-200型伺服液壓機用于試驗研究，并于2012年將其推向市場，開創了液壓機伺服驅動技術的新紀元。廣東廣鍛機床廠有限公司也開發了多種結構的伺服壓力機，該公司于2005年推出了GP2S系列伺服控制閉式雙點精密壓力機，于2007年研制了GDKS系列伺服控制肘桿精密壓力機。在伺服壓力機飛速發展的浪潮下，浙江鍛壓機械集團有限公司開發了JS21-60型數控伺服開式壓力機，齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司與上海交通大學聯合開發了2000kN的對稱肘桿伺服壓力機，徐州鍛壓機床廠集團有限公司研發了DP系列伺服壓力機，江蘇中興西田數控科技有限公司（簡稱“CPTEK-興鍛”或“興鍛”）研發了ZXS1和ZXS2系列伺服壓力機等。國內眾多企業紛紛投入資金進行交流伺服壓力機的研制和開發。

在臺灣，由于計算機技術、機械工程設備和電子行業的發展需求，鍛壓機床行業發展迅速，以價廉物美的優勢在市場上贏得了良好聲譽，每年有80%的鍛壓設備出口，并造就了一批優秀的鍛壓設備制造企業。金豐、協易（SEYI）機械兩家公司先后躋身世界鍛壓企業前十名。其中協易（SEYI）公司已成為亞洲第一大沖壓機床供應商，市場占有率超過30%。金豐公司率先推出CM1型數控伺服驅動自由運動壓力機，如圖3-16所示。該伺服壓力機除了利用伺服電動機驅動曲軸機構外，還可驅動通過回轉摩擦套筒所帶動的齒輪以達到無級變速與正反轉的目的。

由于技術水平的限制，國內生產的交流伺服壓力機普遍具有以下特點：功能較完善的數控壓力機大多數為仿制國外的產品，數控系統的關鍵部件，如全套硬件及軟件、伺服驅動電動機和高精度大導程滾珠絲杠及直線滾動導軌，都是從日本或德國進口；而功能簡單的經濟型數控壓力機則操作不方便、加工精度低、適用面窄、達不到高的性價比，尚需進一步改進和完善。

3.2.3 伺服壓力機典型產品的技術參數

圖3-17所示為日本天田（AMADA）集團推出的SDEW系列伺服壓力機，其技術參數見表3-1。該系列伺服壓力機由控制縝密加工作業的數字伺服電動機直接驅動，采用高剛性一體雙柱框架，可以最大限度發揮兩點加工的能力。

圖3-18所示為日本小松公司生產的H1F系列伺服壓力機。復合AC伺服壓力機H1F是利用CNC控制與復合驅動機構的組合，實現了其超高性能。該系列壓力機采用了伺服效果顯現化系統，該系統利用外部的微型計算機對內置在壓力機中的傳感器的信息和運動數據進行顯示和管理。僅H1F能夠同時顯示滑塊位置和負載的實際測量值。由于滑塊位置通過線性傳感器進行實際測量，所以，能夠顯示正確的數值。H1F系列伺服壓力機和以往的機型相比，行程數量最大提高到1.5倍，實現了高速化；利用標準配置的高精度線性傳感器，能夠長時間地維持非常高的裝模高度精度。能夠在薄板沖壓和精密成形中發揮卓越的性能；由于沒有離合器，維護費用可大幅度減小，新開發的復合驅動機構，實現了小馬達出大力，而且電費成本大大降低。表3-2為小松公司生產的H1F系列伺服壓力機的主要技術參數。

圖3-19所示為日本天田（AMADA）集團推出的SDE系列數字電動伺服沖壓機，該系列伺服壓力機的技術參數見表3-3。SDE系列伺服壓力機可以對加工用途進行最合適的運動行程條件設定，使原來的生產方式進一步實現進化。

作為江蘇省重大科技成果轉化資金項目，徐州鍛壓機床廠集團有限公司目前已經研制了DP系列伺服壓力機、NCPH系列數控厚板大梁壓力機、NCP系列平臺式數控壓力機和NTP系列數控轉塔壓力機等。DP21-63采用伺服電動機經過一級齒輪傳動直接驅動曲柄滑塊機構工作。DP系列伺服壓力機由于采用了進口伺服電動機和CNC控制系統，能夠在不降低生產效率的情況下，實現低噪聲、低振動工作。通過對不同材質設定最合適的滑塊運動曲線，即使是高難加工的材料也可對其實現高精度、高效率的加工。DP系列的伺服壓力機的伺服電機與曲軸直接連接，結構簡單，維護保養方便。NTP系列數控轉塔壓力機是用于鈑金加工的高效精密設備，采用進口伺服電動機和驅動器，西班牙專用數控系統，絲杠、導軌、氣動潤滑系統均采用名牌優質進口件。厚轉塔使模具的對中性好、導向精度高、抗偏載能力強，大大提高模具使用壽命，國際標準長導向模具、氣動浮動式夾鉗保證零件加工精度。NTP系列數控轉塔壓力機廣泛應用于各行業金屬板材加工，能完成各種孔型、輪廓步沖，以及百葉窗、壓窩等各淺拉深工藝，特別適用于多品種小批量的鈑金件加工。DP系列伺服壓力機和NTP系列數控轉塔壓力機分別如圖3-20和圖3-21所示，其技術參數分別見表3-4和表3-5。

廣東鍛壓機床廠有限公司研發了GP2S系列伺服控制閉式雙點壓力機，見圖3-22。該系列伺服壓力機具有以下特點：①通用性和柔性化、智能化水平高，可以伺服控制滑塊的運動曲線；②精度高，采用了線性光柵尺檢測滑塊位置，使滑塊在整個壓力機工作全程都具有高的運動控制精度；③生產率高；④節省能源，無離合器結合消耗的能量，較普通壓力機節能20%以上；⑤噪聲小、振動小、模具壽命長；⑥因為無離合器、飛輪、大齒輪等消耗保養部件，潤滑油的用量大大減少，是生態環保型壓力機，其結構也更簡潔，維護保養成本大大降低，其技術參數見表3-6。

浙江鍛壓機械集團有限公司研發了JS21系列數控伺服開式壓力機，如圖3-23所示。該系列數控伺服壓力機具有以下特點：①結構先進，采用伺服電動機進行驅動，沒有了離合器和飛輪等結構；②性能優良，成形慢速均勻，而滑塊空行程運動速度快，提高了壓力機的工作效率；③安全可靠，采用數控系統內外運行調節綜合判別、液壓過載保護等措施，工作安全；④綠色壓力機，提高模具使用壽命，降低生產成本，顯著節約電能，改善作業環境。JS21系列數控伺服開式壓力機的技術參數見表3-7。

興鍛公司采用先進的伺服電動機和控制技術研發了新型的伺服壓力機，不僅可以根據客戶所持有的要求進行定制開發，而且有效降低了整機成本。滑塊速度可以自由調節，系統中設置了多種不同的運行模式可供客戶根據加工產品的不同需求進行選擇。目前興鍛公司已經開發出了ZXS1系列、ZXS2系列、ZXM1系列和ZXM2系列等伺服壓力機。圖3-24所示為興鍛公司研發的ZXS2系列伺服壓力機。ZXS2系列伺服壓力機的技術參數見表3-8。