伺服压力机的技术应用及发展趋势

交流伺服电机驱动是目前先进锻压设备研究的热点，是国际压力机发展的新方向。交流伺服压力机具有高生产率、高柔性、高精度和节能环保等优点，充分体现了锻压机床的未来发展趋势。本文重点介绍了伺服压力机的传动方式、工作原理、伺服压力机的分类及其技术优势，并对伺服压力机的发展前景进行了展望。

随着我国钢铁、有色冶金、航空航天、铁路高速机车、船舶、核电、风电和军工等行业的快速发展，对高性能零件的需求量越来越大，而机械压力机是电子信息、电器、机械、汽车、仪器、办公设备等行业中最主要的工艺装备之一。

但传统压力机行程固定，压力不易控制，尤其是滑块运动特性固定不变，对工艺的适应性差。近年来，随着科技的发展、新型材料的出现以及产品形状复杂化，对冲压设备的工作性能提出了更严格的要求，需要开发新一代柔性压力机。

伺服压力机介绍

伺服压力机通常指采用伺服电机进行驱动控制的压力机。它是通过一个伺服电机带动偏心齿轮来实现滑块的运动过程。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。

交流伺服压力机的结构

交流伺服压力机的结构主要由主传动、执行机构和辅助机构等组成。交流伺服压力机主传动机构的主要作用是将锻压所需的能量从伺服电机传到执行机构，常见的传动方式有齿轮传动、带传动、螺杆传动和液压传动等。执行机构的主要作用是带动滑块做往复运动，完成锻压过程，常见的执行机构有曲柄-滑块机构和曲柄楔块机构等。辅助机构的主要作用是提高交流伺服压力机工作的可靠性、扩大伺服压力机的工艺用途等，常见的辅助机构有平衡缸、制动器、顶料装置、位置检测装置等。

根据伺服电机驱动方式，伺服压力机主传动系统可分为伺服电机直接驱动执行机构和伺服电机通过减速机驱动执行机构两种类型。直接驱动形式的伺服压力机，采用低速大扭矩伺服电机与执行机构直接连接，无减速机构，传动链短，结构简单，传动效率高，噪声低。但受伺服电机扭矩的限制，该主传动系统仅适用于小吨位伺服压力机。目前商品化的伺服压力机广泛采用伺服电机-减速-增力机构的主传动系统，可分为电机-减速-曲柄连杆，电机-减速-曲柄-肘杆，电机-减速-螺旋-肘杆等三种传动结构。采用减速机构和增力机构作为伺服压力机主传动系统可实现高速、小扭矩伺服电机驱动大吨位压力机，已成为伺服压力机发展的主流趋势。

表1 项目参数对比

伺服压力机优势

节拍提升

如表1所示，横杆式双臂传输高速线节拍为10～15SPM，如果采用伺服压力机高速线节拍可以提升到最大18SPM。

可设定曲线

如图1所示，伺服压力机可根据不同情况设定不同的曲线。

图1 伺服压力机可设定不同曲线

节约能源

如图2所示为加减速时的电力流动。

图2 伺服电机运行时电流流向

降低拉延速度

如图3所示，拉延速度低，减少了对模具的冲击，模具寿命提高且模具成本降低。

占用空间减少

缩小设备尺寸则可降低厂房、基础等设施的投资。

如图4所示，以四序压力机为例：传统的机械压力机生产线由一台多连杆压力机和三台偏心压力机组成，四台压力机基础通长约为25m，而四台伺服压力机基础通长约为16m。

图3 拉延速度示意图

图4 传统机械压力机与伺服压力机线体的对比

图5 舒勒双伺服底传动压力机

图6 双伺服多工位压力机

实际应用

图5所示为我公司现使用的舒勒双伺服底传动多工位压力机。双伺服底传动压力机是由左、右两个伺服电机组分别驱动左、右两侧四根导柱，带动滑块做上下往复运动，由于左、右两侧传动机构是独立的，因此台面左右尺寸可以做到很大。适用于大台面、大吨位压力机（图6）。

双伺服底传动压力机通过对两个伺服电机组的高精度控制，实现滑块左右两侧的同步运动。同时在滑块出现偏载时，通过电气控制对滑块平行度进行补偿，使滑块的平行度变得灵活可控，更大程度地满足用户使用要求。且底传动压力机偏载强度曲线和精度曲线都优于普通压力机。在满足精度要求的前提下，底传动压力机不仅具有更强的抗偏载性能，还允许有更大的偏载区域。

发展趋势

随着制造业国际竞争日益激烈，高效率制造高精度、高品质产品的伺服压力机的需求越来越强烈。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和成形速度，其能够始终保证下止点的成形精度，有效抑制了产品毛刺等问题的出现，同时，模具振动小，可大幅度提高模具寿命。伺服压力机突破了常规机械压力机的设计概念，去掉了传统机械压力机的飞轮、离合器、制动器部分，大大降低了机器使用成本。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。

结束语

交流伺服电机驱动的压力机可大大提高设备的柔性化和智能化水平，改善压力机的工作特性，是新一代成形设备的发展方向。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。

—— 来源：《锻造与冲压》2019年第16期