3.2 交流伺服压力机的研究现状

3.2.1 交流伺服压力机的国外研究现状

交流伺服压力机的关键部件之一就是伺服电动机，伺服电动机的性能直接影响着交流伺服压力机的工作状况。伺服电动机的关键技术是计算机技术和伺服控制技术，谁率先掌握了这些技术，谁就能研制出性能优越的交流伺服压力机。由于日本、美国等工业强国的计算机技术、伺服控制技术发展的比较早，这些国家在20世纪就研制开发了一些伺服压力机。

液压压力机率先使用了伺服控制技术，但它的伺服控制作用并不是直接体现在传动系统上，而是主要通过操纵辅助系统来实现伺服控制。日本的会田公司与日清纺公司、瑞士的拉斯金公司和美国的魏德曼公司等都曾经生产过利用液压驱动的伺服压力机。这些伺服压力机在工作过程中都显示出了传统压力机所无法具有的优越性能。

随着伺服电动机技术的发展，国外的研究学者和压力机制造公司开始将伺服电动机直接用于压力机传动系统的伺服控制。通过控制伺服电动机的运转情况，可以根据加工情况实时控制压力机的滑块工作曲线。新型的伺服压力机用交流伺服电动机代替了传统的交流异步电动机，是压力机发展历史上的重大进步。普通交流伺服压力机的飞轮空转和离合器结合会消耗大量的能量。交流伺服压力机由于采用了伺服控制技术，可以省掉传统压力机所必需的离合器和大飞轮等部件。

目前，国外现有研发的交流伺服压力机产品类型有：机械连杆伺服压力机、曲柄多连杆伺服压力机、直动式伺服压力机和液压-机械式伺服压力机等多种类型，公称压力为40～25000kN。在2008年的欧洲金属板材展览会上，展出伺服驱动压力机的企业主要有日本会田、小松、天田、山田等亚洲企业，欧洲的压力机企业如舒勒、法格塞达、布鲁德（BRU- DERER）、阿库（ARKU）等企业也展示了这方面的应用。

日本网野（AMINO）公司成功研制了25000kN的伺服压力机，是当时最大的交流伺服压力机。该伺服压力机在2005年3月获得了日本“第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。该机械连杆伺服压力机采用交流伺服电动机作为驱动源，通过减速器驱动特殊螺杆和对称连杆等带动滑块运动，其结构如图3-9所示。2007年该伺服压力机引入东风汽车公司，组成了汽车覆盖件生产线。

日本的天田（AMADA）公司先后开发了伺服压力机SDE2025和SDEW3025（见图3-10），其公称压力分别为2000kN和3000kN。两种机型均具备曲柄、连杆、软件、程序、振子、整形和重复这7种运动模式，可以根据加工对象选择运动模式，进行高精度、稳定的加工。

日本会田（AIDA）公司成功研制了NS1-D、NS2-D和NC1-D等系列数控伺服压力机，能达到3000kN的公称压力，主要特点是高转矩、低噪声、低振动等。图3-11所示为NS1-D型号的产品和伺服压力机的主传动系统结构。伺服电动机取代了传统的主驱动电动机、飞轮、离合器和制动器，可直接驱动传动轴来控制滑块行程。

日本小松公司生产的伺服压力机在业内一直享有盛誉。小松公司先后推出了几款数控伺服压力机：2001年，推出了H2F（见图3-12）、H4F系列交流伺服压力机，公称压力为2000～10000kN；2002年，推出了H1F系列混合型伺服压力机（见图3-13），公称压力为350～2000kN。尽管小松的交流伺服压力机的价格高出传统压力机约50%，市场销售却异常活跃，每年销售量达数百台。

舒勒公司生产的伺服压力机以性能好、质量高闻名业内，如图3-14所示。2008年舒勒公司为比利时的佩恩（Penne）公司提供了PSE2-315型的伺服压力机。这台压力机是舒勒公司出口到比利时的第一台伺服压力机，是专为零部件生产商的柔性生产线研制。2009年2月，这台压力机正式在比利时佩恩公司的生产车间里投产，用于生产汽车前窗刮水器的部件。

3.2.2 交流伺服压力机的国内研究 现状

随着国内锻压技术的发展，国内对伺服压力机的研制状况也随之展开。济南二机床集团有限公司是目前中国规模最大的重型数控锻压设备和大型数控金切机床研发制造基地，于2007年研发出内地首台10000kN伺服压力机，如图3-15所示。该公司生产的10000kN伺服压力机是由双电动机驱动的，但传动系统仍包含有飞轮和制动器等，所配的伺服电动机和驱动装置由ABB公司提供。2012年11月19日，济南二机床集团对外公布，国内首台25000kN大型伺服压力机研制成功，这标志着我国汽车覆盖件冲压装备与世界最新技术全面接轨。

合肥合锻机床股份有限公司于2010年研发出SHPH27-200型伺服液压机用于试验研究，并于2012年将其推向市场，开创了液压机伺服驱动技术的新纪元。广东广锻机床厂有限公司也开发了多种结构的伺服压力机，该公司于2005年推出了GP2S系列伺服控制闭式双点精密压力机，于2007年研制了GDKS系列伺服控制肘杆精密压力机。在伺服压力机飞速发展的浪潮下，浙江锻压机械集团有限公司开发了JS21-60型数控伺服开式压力机，齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司与上海交通大学联合开发了2000kN的对称肘杆伺服压力机，徐州锻压机床厂集团有限公司研发了DP系列伺服压力机，江苏中兴西田数控科技有限公司（简称“CPTEK-兴锻”或“兴锻”）研发了ZXS1和ZXS2系列伺服压力机等。国内众多企业纷纷投入资金进行交流伺服压力机的研制和开发。

在台湾，由于计算机技术、机械工程设备和电子行业的发展需求，锻压机床行业发展迅速，以价廉物美的优势在市场上赢得了良好声誉，每年有80%的锻压设备出口，并造就了一批优秀的锻压设备制造企业。金丰、协易（SEYI）机械两家公司先后跻身世界锻压企业前十名。其中协易（SEYI）公司已成为亚洲第一大冲压机床供应商，市场占有率超过30%。金丰公司率先推出CM1型数控伺服驱动自由运动压力机，如图3-16所示。该伺服压力机除了利用伺服电动机驱动曲轴机构外，还可驱动通过回转摩擦套筒所带动的齿轮以达到无级变速与正反转的目的。

由于技术水平的限制，国内生产的交流伺服压力机普遍具有以下特点：功能较完善的数控压力机大多数为仿制国外的产品，数控系统的关键部件，如全套硬件及软件、伺服驱动电动机和高精度大导程滚珠丝杠及直线滚动导轨，都是从日本或德国进口；而功能简单的经济型数控压力机则操作不方便、加工精度低、适用面窄、达不到高的性价比，尚需进一步改进和完善。

3.2.3 伺服压力机典型产品的技术参数

图3-17所示为日本天田（AMADA）集团推出的SDEW系列伺服压力机，其技术参数见表3-1。该系列伺服压力机由控制缜密加工作业的数字伺服电动机直接驱动，采用高刚性一体双柱框架，可以最大限度发挥两点加工的能力。

图3-18所示为日本小松公司生产的H1F系列伺服压力机。复合AC伺服压力机H1F是利用CNC控制与复合驱动机构的组合，实现了其超高性能。该系列压力机采用了伺服效果显现化系统，该系统利用外部的微型计算机对内置在压力机中的传感器的信息和运动数据进行显示和管理。仅H1F能够同时显示滑块位置和负载的实际测量值。由于滑块位置通过线性传感器进行实际测量，所以，能够显示正确的数值。H1F系列伺服压力机和以往的机型相比，行程数量最大提高到1.5倍，实现了高速化；利用标准配置的高精度线性传感器，能够长时间地维持非常高的装模高度精度。能够在薄板冲压和精密成形中发挥卓越的性能；由于没有离合器，维护费用可大幅度减小，新开发的复合驱动机构，实现了小马达出大力，而且电费成本大大降低。表3-2为小松公司生产的H1F系列伺服压力机的主要技术参数。

图3-19所示为日本天田（AMADA）集团推出的SDE系列数字电动伺服冲压机，该系列伺服压力机的技术参数见表3-3。SDE系列伺服压力机可以对加工用途进行最合适的运动行程条件设定，使原来的生产方式进一步实现进化。

作为江苏省重大科技成果转化资金项目，徐州锻压机床厂集团有限公司目前已经研制了DP系列伺服压力机、NCPH系列数控厚板大梁压力机、NCP系列平台式数控压力机和NTP系列数控转塔压力机等。DP21-63采用伺服电动机经过一级齿轮传动直接驱动曲柄滑块机构工作。DP系列伺服压力机由于采用了进口伺服电动机和CNC控制系统，能够在不降低生产效率的情况下，实现低噪声、低振动工作。通过对不同材质设定最合适的滑块运动曲线，即使是高难加工的材料也可对其实现高精度、高效率的加工。DP系列的伺服压力机的伺服电机与曲轴直接连接，结构简单，维护保养方便。NTP系列数控转塔压力机是用于钣金加工的高效精密设备，采用进口伺服电动机和驱动器，西班牙专用数控系统，丝杠、导轨、气动润滑系统均采用名牌优质进口件。厚转塔使模具的对中性好、导向精度高、抗偏载能力强，大大提高模具使用寿命，国际标准长导向模具、气动浮动式夹钳保证零件加工精度。NTP系列数控转塔压力机广泛应用于各行业金属板材加工，能完成各种孔型、轮廓步冲，以及百叶窗、压窝等各浅拉深工艺，特别适用于多品种小批量的钣金件加工。DP系列伺服压力机和NTP系列数控转塔压力机分别如图3-20和图3-21所示，其技术参数分别见表3-4和表3-5。

广东锻压机床厂有限公司研发了GP2S系列伺服控制闭式双点压力机，见图3-22。该系列伺服压力机具有以下特点：①通用性和柔性化、智能化水平高，可以伺服控制滑块的运动曲线；②精度高，采用了线性光栅尺检测滑块位置，使滑块在整个压力机工作全程都具有高的运动控制精度；③生产率高；④节省能源，无离合器结合消耗的能量，较普通压力机节能20%以上；⑤噪声小、振动小、模具寿命长；⑥因为无离合器、飞轮、大齿轮等消耗保养部件，润滑油的用量大大减少，是生态环保型压力机，其结构也更简洁，维护保养成本大大降低，其技术参数见表3-6。

浙江锻压机械集团有限公司研发了JS21系列数控伺服开式压力机，如图3-23所示。该系列数控伺服压力机具有以下特点：①结构先进，采用伺服电动机进行驱动，没有了离合器和飞轮等结构；②性能优良，成形慢速均匀，而滑块空行程运动速度快，提高了压力机的工作效率；③安全可靠，采用数控系统内外运行调节综合判别、液压过载保护等措施，工作安全；④绿色压力机，提高模具使用寿命，降低生产成本，显著节约电能，改善作业环境。JS21系列数控伺服开式压力机的技术参数见表3-7。

兴锻公司采用先进的伺服电动机和控制技术研发了新型的伺服压力机，不仅可以根据客户所持有的要求进行定制开发，而且有效降低了整机成本。滑块速度可以自由调节，系统中设置了多种不同的运行模式可供客户根据加工产品的不同需求进行选择。目前兴锻公司已经开发出了ZXS1系列、ZXS2系列、ZXM1系列和ZXM2系列等伺服压力机。图3-24所示为兴锻公司研发的ZXS2系列伺服压力机。ZXS2系列伺服压力机的技术参数见表3-8。