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常見問題
壓力機(jī)領(lǐng)域的伺服驅(qū)動
發(fā)布時間:2014-03-06 00:11:17 作者: 信息來源:
1 前言
在汽車、航天航空以及電子家電和通訊電器領(lǐng)域內(nèi)，金屬板的形成設(shè)備被廣泛的應(yīng)用，主要是應(yīng)用于板殼的生產(chǎn)以及零件的生產(chǎn)，因此無論是在品種還是數(shù)量上都很繁雜，其中應(yīng)用最廣的就是機(jī)械式的壓力機(jī)。目前生產(chǎn)的規(guī)模化的擴(kuò)大是制造業(yè)的主要特征，產(chǎn)品也開始向著個性化發(fā)展，在型號上變化很快，并且變小的批量使得生產(chǎn)上有著很多的不確定性。生產(chǎn)業(yè)的趨勢開始想著多型號共線進(jìn)行生產(chǎn)，并且覆蓋件也開始出現(xiàn)一體化以及大型化趨勢。這些都對壓力機(jī)提出了更高的要求，首先不僅僅需要壓力機(jī)能夠保證精度的情況下高速運(yùn)轉(zhuǎn)并且需要其承擔(dān)的負(fù)載也大，而且，在柔性上的要求也要求其能夠便捷的對輸出運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行改變。傳統(tǒng)的機(jī)械式的壓力機(jī)具有固定的模式在沖壓上，因此工藝的適應(yīng)性不強(qiáng)，由于運(yùn)動形式的單一，因此對于材料不一樣以及工藝要求不同的生產(chǎn)要求是無法盡心滿足的，這也是傳統(tǒng)的沖壓設(shè)備的壓力機(jī)上的滑塊其曲線柔性在可調(diào)性上較差的緣故。尤其是在近些年，分模成型、復(fù)雜形狀的零件的成型加工以及負(fù)荷和難成型的零件的生產(chǎn)都給壓力機(jī)提出了工作性能上的高要求，因此柔性壓力機(jī)的生產(chǎn)眾望所歸。
2 壓力機(jī)上的伺服驅(qū)動的發(fā)展應(yīng)用
2.1 技術(shù)分析
電機(jī)類型的區(qū)別使得電氣伺服系統(tǒng)分成了DC以及AC兩種系統(tǒng)，這是根據(jù)驅(qū)動類型劃分的，DC即直流伺服系統(tǒng)，AC即交流伺服系統(tǒng)。在電機(jī)的應(yīng)用中，上世紀(jì)就實(shí)現(xiàn)了直流以及無刷電機(jī)的產(chǎn)品化，在五十年代開始在計(jì)算機(jī)的一些外圍設(shè)備以及機(jī)械設(shè)備中被廣泛的應(yīng)用開來。其發(fā)展二十年之后，到了七零年代應(yīng)用最廣泛的電機(jī)便是直流伺服。但是其發(fā)展受到了其本身缺陷的限制，這也是直流伺服式驅(qū)動技術(shù)自身的電機(jī)缺陷，首先其結(jié)構(gòu)機(jī)身較為的復(fù)雜，這就使得在后期的維修養(yǎng)護(hù)上較困難，并且運(yùn)行中的機(jī)械設(shè)備很容易發(fā)熱，這樣和驅(qū)動設(shè)備相連接的其他設(shè)備在精度上都會受到影響，如此一來就很難被應(yīng)用在一些工作量大，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)場合。并且直流驅(qū)動技術(shù)在發(fā)展上也遇到了換向器的瓶頸，一時之間伺服驅(qū)動技術(shù)發(fā)展受阻。而直流伺服在電機(jī)的電刷以及換向器這些部件上存在有不同程度的缺陷，這些缺陷別后來出現(xiàn)的交流伺服驅(qū)動電機(jī)所克服，尤其是在生產(chǎn)負(fù)荷上交流伺服電機(jī)更是體現(xiàn)了其巨大的優(yōu)勢，另外這種電機(jī)的慣性也很低，所以在現(xiàn)代的自動化工業(yè)生產(chǎn)中，交流伺服開始被關(guān)注并逐漸的推廣開來。從上世紀(jì)的七十年代到八十年代的初期，交流伺服式的電機(jī)設(shè)備以及控制系統(tǒng)變成了生產(chǎn)的主導(dǎo)，這也是由于微處理器的技術(shù)發(fā)展以及高性能高功率半導(dǎo)體的功率器件的技術(shù)飛躍加之永磁制造材料的工藝發(fā)展都為其性價(jià)比的增加提供了有利條件。這種驅(qū)動形式也是工業(yè)自動化發(fā)展的基礎(chǔ)，在工業(yè)領(lǐng)域中成為了發(fā)展的核心內(nèi)容，直流伺服系統(tǒng)逐漸退出了工業(yè)舞臺。
2.2 伺服壓力機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
隨著伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展；上世紀(jì)90 年代世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家興起了伺服壓力機(jī)的研究。美國的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 公司等都對交流伺服壓力機(jī)進(jìn)行了研究。Tokuz 建立了交流伺服電機(jī)驅(qū)動四桿機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)模型； R.F.Fung K.W.Chen 通過對壓力機(jī)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析；研究了交流伺服電機(jī)-曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動態(tài)模型； Yan 和Chen 提出一種由交流伺服電機(jī)驅(qū)動的變轉(zhuǎn)速曲柄滑塊沖床；對于不同的沖壓加工；沖床可提供不同的輸入轉(zhuǎn)速E日本會田（AIDA） 和小松（KOMATSU）公司先后推出的新型數(shù)控壓力機(jī)；在傳動結(jié)構(gòu)上采用伺服電機(jī)經(jīng)一級齒輪傳動直接驅(qū)動曲柄連桿機(jī)構(gòu)工作。這些交流伺服壓力機(jī)類型有： 機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)、曲柄多連桿伺服壓力機(jī)、直動式伺服壓力機(jī)、液壓式精密伺服壓力機(jī)和液壓式伺服壓力機(jī)等等；壓力機(jī)規(guī)格從40kN 到25000kN。其中，世界上最大的交流伺服壓力機(jī)為日本網(wǎng)野公司（AMINO）研制的25000kN 機(jī)械連桿伺服壓力機(jī)。在2005 年3月獲得了日本17 屆中小企業(yè)優(yōu)秀新技術(shù)獎、新制品獎、優(yōu)秀獎、技術(shù)經(jīng)營特別獎等大獎。
目前，國內(nèi)對于伺服壓力機(jī)的研究也日趨廣泛和深入。廣東工業(yè)大學(xué)孫友松教授等對直流伺服電動機(jī)直接驅(qū)動的機(jī)械壓力機(jī)進(jìn)行了深入的研究；采用超大容量的電容構(gòu)成的“電子飛輪”來替代傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的飛輪。天津大學(xué)孟彩芳教授也研究了交流伺服混合輸入式機(jī)械壓力機(jī)。在第十四屆全國機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)研討會上；香港中文大學(xué)博士生何凱提出了一項(xiàng)新發(fā)明： 一種可控機(jī)械式金屬壓力機(jī)。機(jī)床由一個恒速電機(jī)與一個伺服電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動；具有可控、節(jié)能、高效及精密等特點(diǎn)。杜如虛、金振林、郭為忠等對一種新型二自由度機(jī)械式可控壓力機(jī)申請了中國發(fā)明專利；機(jī)構(gòu)由異步電機(jī)驅(qū)動齒輪和曲柄連桿傳動；由交流伺服電機(jī)控制，但慣性力平衡問題未得到解決。
3 開關(guān)磁阻伺服驅(qū)動技術(shù)及其在壓力機(jī)中的應(yīng)用
開關(guān)磁阻電機(jī)（ Switched Reluctance MotorDrive；簡稱SRD） 是上世紀(jì)80年代初發(fā)展起來的一種新型調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)；具有結(jié)構(gòu)簡單可靠；調(diào)速性能優(yōu)良；在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)具有較高效率；可以在較小的電流下實(shí)現(xiàn)啟動和頻繁正反轉(zhuǎn)；實(shí)現(xiàn)高精度、快響應(yīng)、高效率和高輸出的性能指標(biāo)。其轉(zhuǎn)矩電流明顯高于大多數(shù)電機(jī)；它不用永磁材料；優(yōu)勢明顯；已成為直流電機(jī)調(diào)速、無刷直流電機(jī)調(diào)速和交流電機(jī)調(diào)速等系統(tǒng)強(qiáng)有力的競爭者；引起各國學(xué)者和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。經(jīng)過20多年的研究與發(fā)展；目前SRD已開始應(yīng)用于制造業(yè)、航空和家用電器等各個領(lǐng)域，處于全面商品化階段。
4 結(jié)束語
自動化以及智能化是目前現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要發(fā)展方向，其水平的提高是現(xiàn)代建設(shè)的追求，而伺服壓力機(jī)恰恰就成為了其水平提高的最大助力，在工作特性上大大的改善了壓力機(jī)的性能，并且成為了設(shè)備發(fā)展新的方向。國內(nèi)在設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域中受到了多因素的限制和制約，首先容量是一方面、另外扭矩大且轉(zhuǎn)速低都會限制交流伺服的技術(shù)發(fā)展，以及這種技術(shù)的推廣。而開關(guān)磁阻在電動機(jī)中的應(yīng)用使得電動機(jī)具有很明顯的優(yōu)勢，因此這種技術(shù)在壓力機(jī)發(fā)展中起到了推動的作用，在研制開關(guān)磁阻電機(jī)中可以直接對伺服壓力機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，因此目前階段中我國的壓力機(jī)在行業(yè)技術(shù)的水平上還有待提高。伺服壓力機(jī)可大大提高設(shè)備的自動化、智能化水平；改善壓力機(jī)的工作特性；是新一代成形設(shè)備的發(fā)展方向。目前；國內(nèi)受高容量、大扭矩、低轉(zhuǎn)速交流伺服驅(qū)動技術(shù)的制約；限制了該技術(shù)在壓力機(jī)上的推廣應(yīng)用。鑒于開關(guān)磁阻電動機(jī)的明顯優(yōu)點(diǎn)；將開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用于機(jī)械壓力機(jī)領(lǐng)域；研制開發(fā)開關(guān)磁阻電機(jī)直接驅(qū)動伺服壓力機(jī)；對現(xiàn)階段我國壓力機(jī)行業(yè)技術(shù)水平的提升是極其必要的。
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