3.4 今后主要研究與開發(fā)的內(nèi)容

交流伺服電動機(jī)直接驅(qū)動的壓力機(jī)作為一種新型壓力機(jī)，被稱為第三代壓力機(jī)，在國際上只有10年左右的發(fā)展歷史，針對它的研發(fā)方興未艾。根據(jù)作者對多種型號伺服壓力機(jī)的分析和研究，總結(jié)出如需成功研制出一臺性能完善、市場競爭力強(qiáng)的交流伺服壓力機(jī)，必須解決交流伺服壓力機(jī)涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題。

1．交流伺服壓力機(jī)高效性與交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍的矛盾

在工業(yè)實際中，為了提高壓力機(jī)的行程次數(shù)，提高生產(chǎn)率，必然降低行程時間；同時，在不影響工件加工質(zhì)量的前提下，必然要提高壓力機(jī)非沖壓階段的速度，降低沖壓階段的速度，那就要求交流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍足夠大，在使用滾珠絲杠這類線性速度傳動裝置時，這個問題特別明顯。

2．交流伺服電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩與阻力矩大小匹配矛盾

壓力機(jī)沖壓階段具有非常高的沖擊力，轉(zhuǎn)換到電動機(jī)主軸上的阻力矩比較大，而在成本合理的前提下，交流伺服電動機(jī)提供的轉(zhuǎn)矩一般不能滿足要求。對規(guī)格較小的J23-63型公稱壓力為630kN的通用機(jī)械壓力機(jī)，曲柄上所需傳遞的轉(zhuǎn)矩為22500N·m，而通常這種機(jī)械壓力機(jī)滑塊行程次數(shù)為70次/min左右，在其傳動系統(tǒng)中常采用交流異步電動機(jī)驅(qū)動，一級皮帶和一級齒輪傳動，這樣總的傳動比將會大于100，即這種簡單計算需要電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩高達(dá)22500/100=225N·m，而國內(nèi)外僅有極少數(shù)的公司可生產(chǎn)具有較大轉(zhuǎn)矩和功率的交流伺服電動機(jī)，為滿足630kN機(jī)械壓力機(jī)工作時對電動機(jī)要求的225N·m的轉(zhuǎn)矩，必須選用堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為280N·m、功率為37kW的交流伺服電動機(jī)，而目前國內(nèi)外市場上1kW的交流伺服電動機(jī)價格大致為1萬元人民幣，這樣僅37kW的交流伺服電動機(jī)的售價就上十萬元，但工業(yè)生產(chǎn)中普通交流異步電動機(jī)驅(qū)動的J23-63型機(jī)械壓力機(jī)總售價才13萬元，因此采用交流伺服電動機(jī)直接驅(qū)動而不采用增力機(jī)構(gòu)的機(jī)械壓力機(jī)，經(jīng)濟(jì)性太差，無市場推廣前景。

3．交流伺服壓力機(jī)柔性化、高精度的實現(xiàn)

要體現(xiàn)交流伺服壓力機(jī)加工高精度的特點，必須建立適當(dāng)?shù)拈]環(huán)控制系統(tǒng)，能及時根據(jù)實際情況調(diào)整滑塊行程和滑塊下死點位置；交流伺服壓力機(jī)柔性化生產(chǎn)必然要求滑塊針對不同的工藝具有相應(yīng)的速度曲線，所以需要根據(jù)不同的工藝編制相應(yīng)的交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制程序。

4．無飛輪無離合器壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)

伺服壓力機(jī)不需要飛輪和離合器等，工作形式也和傳統(tǒng)的機(jī)械壓力機(jī)有很大區(qū)別，伺服壓力機(jī)采用新的設(shè)計理論和設(shè)計方法。采用大導(dǎo)程滾珠絲杠直驅(qū)，還是采用一級皮帶或一級齒輪傳動后驅(qū)動，或是采用具有增力效果的連桿工作機(jī)構(gòu)等，這些都有必要進(jìn)行深入的研究和分析。

5．大功率大轉(zhuǎn)矩交流伺服電動機(jī)及其控制技術(shù)

伺服壓力機(jī)要求伺服電動機(jī)必須滿足轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)性能好，大轉(zhuǎn)矩，大功率和控制性能優(yōu)良等要求。交流伺服電動機(jī)是伺服壓力機(jī)中的核心部件，但是目前的交流伺服電動機(jī)只能滿足小型或中型伺服壓力機(jī)的需求。由于功率和轉(zhuǎn)矩受限，伺服電動機(jī)還無法滿足大型壓力機(jī)的需求。因此，目前還沒有公司能夠生產(chǎn)大型的伺服壓力機(jī)。為了滿足伺服壓力機(jī)的柔性可控，伺服電動機(jī)的控制驅(qū)動技術(shù)也是未來需要研究的重點內(nèi)容。此外，交流伺服電動機(jī)驅(qū)動控制單元的價格一般要高于伺服電動機(jī)本身，因此，推動電子電力器件等硬件技術(shù)的進(jìn)步也有助于促進(jìn)伺服壓力機(jī)的發(fā)展。

6．高效重載的螺旋傳動技術(shù)和方法

很多伺服壓力機(jī)采用了伺服電動機(jī)驅(qū)動螺旋傳動的方式將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，從而帶動工作機(jī)構(gòu)或滑塊做往復(fù)直線運(yùn)動。目前在伺服壓力機(jī)上常見的螺旋傳動方式為螺母螺桿機(jī)構(gòu)和滾珠絲杠機(jī)構(gòu)。但螺母螺桿機(jī)構(gòu)存在摩擦大、工作效率低等缺點，而滾珠絲杠又存在承載能力低、價格高等缺點。因此，研發(fā)低成本高承載能力的螺旋傳動方式就成了伺服壓力機(jī)亟須解決的問題之一。目前，很多公司投入資金研發(fā)生產(chǎn)行星滾柱絲杠，行星滾柱絲杠具有承載能力強(qiáng)、運(yùn)動平穩(wěn)等優(yōu)點，將成為未來螺旋傳動方式的重要發(fā)展方向之一。此外，開發(fā)新的耐磨減摩材料，研發(fā)新的復(fù)合材料，改善潤滑條件，也成了螺旋傳動技術(shù)重要的研究內(nèi)容。

7．適用于伺服壓力機(jī)的成形工藝

普通機(jī)械壓力機(jī)的運(yùn)動特性是固定不變的，工藝參數(shù)的設(shè)定也是固定的，無法根據(jù)實際需求進(jìn)行配置和優(yōu)化。但是伺服壓力機(jī)針對不同的加工材料和加工工藝，可以采用不同的工作曲線。鍛壓能量可以實現(xiàn)伺服控制，可以在需要的范圍內(nèi)數(shù)字設(shè)定滑塊的工作曲線，有效提高壓力機(jī)的工藝范圍和加工性能。伺服壓力機(jī)的鍛壓參數(shù)可以實現(xiàn)實時記錄，能夠?qū)崿F(xiàn)壓力機(jī)的信息化管理。研究各種材料和工藝的成形機(jī)理和規(guī)律，探討適用于伺服壓力機(jī)的成形工藝的優(yōu)化參數(shù)，對于提高制件質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有重要意義。不同的材料和制件可以按照不同的優(yōu)化目標(biāo)合理選擇工藝參數(shù)，實現(xiàn)最優(yōu)加工。