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交流伺服電機驅動是成型設備發展的一個新方向。不僅可以實現成型設備的柔性化和智能化，還可以提高生產效率和產品質量，以及節能環保。本文介紹了交流伺服壓力機的工作原理和發展現狀。列舉了幾個基于交流伺服壓力機的成形工藝實例，以說明這種新型壓力機在下料、拉深、擠壓、精沖等工藝中的優異性能。最后討論了該印刷機的發展趨勢。

傳統壓力機，尤其是各種機械壓力機，采用交流感應電機供電，依靠飛輪儲能，離合器控制啟停。其最大的缺點是滑塊工作特性固定，不能調整，工作適應性差，缺乏“靈活性”。AC伺服壓力機是最新發展的成型設備。它由計算機控制的交流伺服電機提供動力，通過絲杠、曲柄連桿、肘節桿或其他機構將電機的旋轉運動轉換為滑塊所需的直線運動。既能保持機械傳動的各種優點，又能改變其工作特性不可調的缺點，使機械驅動的成型設備還具有柔性化、智能化的特點，大大提高了工作性能和工藝適應性。它還簡化了結構，方便了安裝，減少了維護，降低了能耗，減輕了重量。它是高科技與傳統機械技術的結合，對促進成型設備升級具有無限影響。短短十余年時間，其應用領域已從注塑機發展到折彎機、機械壓力機、數控轉頭壓力機、螺旋壓力機等成型設備。AIDA、KOMATSU、AMINO、ENOMOTO等日本各知名壓機廠商投入大量人力物力研發，并推出了商業產品。AIDA公司將其開發的這種新型印刷機稱為“第三代印刷機”，被認為具有劃時代的意義。一些歐洲印刷機制造商也加入了行列。例如，德國SCHULER公司在2007年北京國際機床展（CIMT07））上推出了2500-6300kN系列壓力機。國內不少廠商最近也開始了這項技術的研究和產品開發。本文介紹了交流伺服驅動器的基本原理及其在壓力機中的應用現狀和發展趨勢，并介紹了基于交流伺服壓力機的幾種沖壓工藝。這被認為具有劃時代的意義。一些歐洲印刷機制造商也加入了行列。例如，德國SCHULER公司在2007年北京國際機床展（CIMT07））上推出了2500-6300kN系列壓力機。國內不少廠商最近也開始了這項技術的研究和產品開發。本文介紹了交流伺服驅動器的基本原理及其在壓力機中的應用現狀和發展趨勢，并介紹了基于交流伺服壓力機的幾種沖壓工藝。這被認為具有劃時代的意義。一些歐洲印刷機制造商也加入了行列。例如，德國SCHULER公司在2007年北京國際機床展（CIMT07））上推出了2500-6300kN系列壓力機。國內不少廠商最近也開始了這項技術的研究和產品開發。本文介紹了交流伺服驅動器的基本原理及其在壓力機中的應用現狀和發展趨勢，并介紹了基于交流伺服壓力機的幾種沖壓工藝。國內很多廠商最近也開始了這項技術的研究和產品開發。本文介紹了交流伺服驅動器的基本原理及其在壓力機中的應用現狀和發展趨勢，并介紹了基于交流伺服壓力機的幾種沖壓工藝。國內很多廠商最近也開始了這項技術的研究和產品開發。本文介紹了交流伺服驅動器的基本原理及其在壓力機中的應用現狀和發展趨勢，并介紹了基于交流伺服壓力機的幾種沖壓工藝。

1.電力驅動和交流伺服驅動

基于電動機的電驅動技術誕生于十九世紀初，至今已有近200年的歷史。已成為包括鍛壓機床在內的各種機械設備的主要傳動方式。

電力驅動分為兩大類：直流和交流。由于直流驅動器具有優越的調速性能，直到上世紀上半葉，高性能可調驅動器都使用直流電機，而占電氣驅動總量80%以上的通用驅動器使用交流電機，無法調整。一些鍛壓機屬于這一類。“直流調速，交流不調速”已形成共同格局。直流調速雖然優點很多，但由于采用機械換向，存在換向器壽命低、換向火花、成本高等問題。電機的容量和轉速以及應用場合都受到一定的限制，例如其極限容量——轉速乘積僅為106kW.RPM。

1960年代和70年代，隨著電力電子技術的發展，特別是大規模集成電路和計算機控制技術的出現螺旋軸承，產生了高性能的交流調速系統。它克服了直流調速系統的缺點，實現了直流控制。速度相同的表現。交流調速近30年來發展迅速，已取代直流調速系統，成為電驅動的主要發展方向。據統計，2001年，交流傳動占世界可調式電傳動產品的2/3以上。

伺服電機驅動是指可以根據任何輸入信號改變電機速度或其他參數。長期以來，交流伺服電機僅用作執行器，用于功率不超過1千瓦的伺服控制系統。大功率交流伺服電機及其驅動控制裝置的出現，使該技術能夠應用于機械設備的主驅動，成為交流伺服驅動系統。正是在這樣的背景下，上世紀末發達國家開始將交流伺服驅動技術應用于鍛壓機械的研究和產品開發中，出現了交流伺服電機驅動的壓力機，并得到了十多年的快速發展。 . .

2.交流伺服壓力機的特點

（1） 實現靈活性和智能化，提高工作性能。由于原動機由不能調節控制的普通感應電機變為可任意調節的數控伺服電機，自動化程度智能化，提高工作效率；獲得任意滑塊特性，擴大設備的工藝適應性；可根據不同工藝采用相應的優化曲線吊車出租，提高工作性能。伺服壓力機，成型極限可提高25%。

（2）精度高。一方面可以精確控制伺服壓力機的運動。一般配有滑塊位移檢測裝置和滑塊行程調整裝置。滑塊的任何位置（包括下死點）可以精確控制伺服壓力機滑塊的位置精度一般可以達到0.01mm；另一方面，可以優化滑塊的運動特性。

（3）簡化傳動環節，減少維護，節約能源。伺服壓力機省去了飛輪、離合器甚至直接傳動。傳動環節大大減少，維護工作量也相應減少。

伺服壓力機的節能主要體現在以下幾個方面： 伺服電機比普通感應電機效率更高。交流伺服電機采用變頻調速，效率高，損耗低。減速時采用電磁制動，制動能量可儲存和回收。與機械制動和液壓驅動油門調速相比，可大大節約能源。在普通壓力機中，飛輪空轉能耗約占總能耗的6-30%。伺服壓力機沒有飛輪，電機只有在工作時才旋轉。這部分能量是可以節省的。在普通壓力機中，離合器（主要是摩擦離合器）消耗的能量約占總能量的20%。伺服壓力機取消離合器，而這部分能源是可以節省的。大多數中小型機械壓力機使用摩擦制動器。制動器每循環工作一次，消耗能量；伺服壓力機的制動器只在停止時起作用，可節省制動能耗。

當然，節能效果還是由電流轉換效率和能量儲存再利用效率決定的。一般來說吊車公司，伺服壓力機比普通機械壓力機和液壓機更節能。例如，采用該技術的全電動注塑機比傳統液壓注塑機節能25-60%，而村田公司的AC伺服數控回轉頭壓力機也節能30%-40%與液壓式相比；日本ENOMOTO開發的基于該技術的螺旋壓力機節能高達50%。AMINO聲稱開發的伺服壓力機比液壓機節能2/3。Komatsu AMERICA 對一臺 300 噸壓力機進行了連續功耗對比測試，

（4）環保伺服壓力機的環保特性體現在液壓機的性能上，但沒有液壓系統，徹底杜絕了油污；而且由于傳動系統簡化，傳動噪音小大大降低；優化滑塊運動特性，降低工藝噪音，如無聲落料，大大改善生產環境，AMINO 25000KN伺服機械壓力機噪音僅75db(A)，減少10-20db比普通印刷機。

（5）提高模具壽命和生產率。由于振動減少，模具壽命可提高3倍，設備壽命也相應增加。由于伺服壓力機的行程可以輕松調整，壓力機可以可根據成型工藝需要進行調整，以最小行程工作可提高生產效率，其工作頻率不僅高于油壓機，也高于普通機械壓力機。

3.伺服壓力機傳動方式及典型產品

（1）伺服電機直接驅動電機與執行器直接連接，推動滑塊工作。傳動鏈最短，因此結構簡單，傳動效率高，精度高，并且具有很大的發展前景，目前這種壓機有兩種形式。

1）直線伺服電機直接驅動壓力機。直線電機可直接將電能轉化為直線運動，推動滑塊工作，實現“零傳動”。已成功應用于機床、磁懸浮列車等的進給。1990年代浙江大學研制了5-50KN壓力機。與普通機械壓力機相比，可節能40%，體積減小60%，重量減輕40%。日本AIDA公司推出了L-SF-300S系列產品，最大規格10KN，行程100MM，最大工作頻率200SPM。山田DOBBY開發的同類壓力機具有示教功能，最大壓力24kN，滑塊精度0.5μm。

2） 日本AIDA公司的NC1-D和NS1-D系列，采用伺服電機直接驅動曲柄，屬于此類產品。低速大扭矩伺服電機直接與曲柄連接，無減速機構。結構簡單，減少維護，節約能源，噪音低。它聲稱即使在住宅區也可以一天24小時工作。由于伺服電機扭矩的限制，壓力機的噸位不能太大。目前最大噸位為2500KN。

（2）伺服電機—減速—絲杠這類壓力機一般是通過同步帶將伺服電機與絲杠相連，將旋轉運動轉化為直線運動。其運動特性與液壓機相似，且在全行程中可以獲得額定壓力 限制是滾珠絲杠的承載能力有限，滑動絲杠的效率低，壓力機的噸位不能太大，常見的有兩種形式：

1）全電動數控伺服折彎機鈑金折彎機是一種應用非常廣泛的折彎設備。早在80年代，CNC就已經實現了。一般采用電液伺服和光柵組成閉環控制。折彎過程從編程到折彎過程模擬、控制和校正都是高度自動化的。交流伺服電機驅動的全電動折彎機的出現，進一步提高了其工作性能。

KOMATSU公司于1995年開發出PAS系列交流伺服折彎機，目前規格已達到350-1250KN。交流伺服電機驅動除具有節能、結構簡單等一般優點外，突出的特點是克服了液壓系統速度切換時的短暫停頓現象，滑塊運動更加靈活；由4個獨立驅動單元驅動時，方便補償機身和滑塊的變形，提高零件精度。據說與液壓驅動的折彎機相比，生產率提高47%，運行成本降低35%，節電15%，試彎時材料消耗減少8-14%。

日本小松四點折彎機

2）螺桿精密壓力機 AIDA公司A-SF壓力機屬于此類產品。目前最大噸位為800KN。其性能類似于液壓機，在靜壓下工作。伺服電機驅動兩個不同直徑、不同傳動比的皮帶輪，通過離合器進行切換。在空行程中，減速比小，螺桿轉速較高；在工作行程中，減速比大，螺桿轉速慢，增力比也大。這種傳動方式可以降低對電機的要求。滑塊上有位移傳感器，用于反饋位移信號。小松HCP伺服壓力機的傳動原理與此類似。

（3）電機—減速—曲柄連桿（肘節） 日本KOMATSU、AIDA、AMINO、德國SCHULER等公司開發了各種類型的伺服曲柄壓力機。KOMATSU稱這種壓力機是一種“自由運動” ” 壓力機。伺服驅動的曲柄壓力機保留了曲柄壓力機原有的優點。與螺桿傳動不同的是，電機在回程過程中不需要反轉，滑塊在接近行程時自動降低速度。下死點。增加的力比增加。這種類型的壓力機按傳動方式分類，大致有以下三種：

1）電機-減速-曲柄連桿 AIDA的NS1系列伺服曲柄壓力機就屬于這種類型。伺服電機通過一級齒輪傳動驅動曲柄連桿機構。與普通曲柄壓力機不同，采用交流伺服電機代替普通感應電機，取消了飛輪和離合器，并安裝了大容量電容器來儲存電能。

2）電機-減速-曲柄-肘節桿采用肘節桿機構，增大受力比，減小電機容量，增加壓機噸位。小松H1F單點伺服壓力機和AMINO雙點伺服壓力機的傳動原理如下圖所示。AMINO公司該款壓力機最大噸位可達25000kN。

小松單點（左）和氨基雙點（右）伺服壓力機

3）混合動力傳動（電機-減速-螺桿-撥桿）采用這種傳動方式，可以獲得更大的升壓比，制造更大噸位的壓力機；缺點是需要擰螺絲，工作頻率不能太高。日本小松H2F雙點伺服壓力機的傳動原理，兩臺伺服電機通過皮帶減速帶動滾珠絲杠運動，再通過肘節機構使滑塊上下運動。壓力機不僅有位移傳感器，還有用于反饋壓力信號的壓力傳感器。2004年小松生產的多點壓力機??規格已達到42000kN。AMINO的雙點伺服壓力機，25000kN壓力機采用兩臺200KW交流伺服電機，最大規格為32000kN。

小松H2F雙點伺服壓力機傳動原理

AMINO雙點伺服壓力機傳動原理

工業部長獎。Amada還推出了EM2510NT產品，該產品由雙伺服電機驅動，號稱“世界上最快的數控旋轉頭壓力機”。它的啃咬頻率達到每分鐘1800次。

（5）螺旋壓力機電動螺旋壓力機由于一系列的優勢，近年來得到了很大的發展，尤其是大噸位螺旋壓力機，潛力巨大，目前最大噸位已經達到32萬KN。

有人曾經分析過電動螺旋壓力機電機的加熱過程。由于螺旋壓力機電機的轉差率較大，會導致轉子發熱。相信它的傳動效率并不比普通的摩擦壓力機高。當它受到很小的能量撞擊時，效率甚至低于普通摩擦壓力機的效率。. 交流伺服電機驅動技術的出現從根本上解決了這個問題。日本ENOMOTO公司在其電動螺旋壓力機中采用交流伺服技術，開發出100-1000噸伺服螺旋壓力機。本產品榮獲2002年日本新技術開發設計獎。其主要優點是節能，控制精確方便。據說節能效果高達50%。國內華中科技大學等單位也開發了類似產品。山東工業大學研制出一種由開關磁阻電機驅動的電動螺旋壓力機。

4. 基于伺服壓力機的成型工藝實例

（1）無聲落料當在壓力機上進行落料工作時，在材料斷裂的瞬間工作負荷突然消失，積聚在機身和傳動機構中的彈性變形能會在短時間內釋放出來，所以會產生振動和巨大的噪音，不僅會損壞設備和模具，還會惡化生產環境，危害工人的身體健康。如果滑塊的運動能得到有效控制，儲存的彈性變形基本可以在生產前釋放出來。材料完全破碎。可以大大降低沖壓振動和噪音。這種“靜音沖壓”可以在伺服壓力機中實現。小松聲稱使用伺服壓力機可以消除99%的沖壓噪音。在這里，換檔點的精確控制是必不可少的。

靜音消隱

（2）精密下料在進行精密下料時，下料速度與工件質量和模具壽命密切相關。日本KOMATSU公司在普通機械壓力機上進行了精密下料對比試驗和一臺HAF伺服壓力機 工件為空調凸輪，尺寸40×13MM，承重80噸，材料SPC。沖切速度越低，切割斷面的厚度越大，斷面質量越好。普通沖床2000-3000片后表面出現裂紋，但3000片后伺服壓力機截面保持完好。

精沖

這適用于汽車面板的加工。意義重大。

箱形零件的拉深

（4）軸承墊在機械壓力機上壓制成型，壓力為110噸，工件公差0.02mm。由于滑塊下死點位置的漂移，它經常出現周期性超差；伺服壓力機后，由于滑塊的下死點位置可以得到嚴格控制，工件的實際偏差可以控制在0.01mm以內，負載可以減少一半，只有48噸。

軸承墊壓制

（5）鎂合金擠壓成型鎂合金塑性差，塑性成型難度較大。小松在其HCP3000伺服壓力機上成功完成了鎂合金杯形件的反擠壓成型。毛坯為Φ80×8板，坯料放入凹模后，沖頭緩慢下降螺旋軸承，將坯料壓在沖頭和頂出器之間，在下降過程中坯料被加熱到3000C；當頂出器到達下限位置時，滑塊保持一個恒定的壓力，以較低的速度下降。擠壓開始，直到背擠壓工作完成（CD段）；然后滑塊快速返回。滑塊在一個循環中經歷了4種不同的速度，其中擠壓過程仍然在恒壓控制下。顯然，這個過程在普通的機械壓力機上是無法實現的。

鎂合金反擠壓成型工藝

5.總結與討論

（1）交流伺服壓力機的發展前景交流伺服壓力機在性能上有很多優勢，已經被證明了。但是，業界對這種壓力機的發展前景并沒有統一的看法。沒有多少真正實現商業化生產的國家，普通交流電機+飛輪的傳動方式具有價格低廉、簡單可靠等一系列優點，歷史悠久，在鍛壓機械上得到廣泛應用。在所有壓力機上都使用伺服驅動器是不可能也沒有必要的，但是伺服驅動器給壓力機帶來的一系列優勢，特別是靈活性、節能和降噪，確實對鍛造設備顯示出誘人的前景。節能，環保和高性能將使其越來越具有競爭力。

目前大功率交流伺服電機及其控制系統價格昂貴，是該技術推廣應用的主要障礙。造成這個問題的主要原因是大功率交流伺服電機及其驅動控制系統基本被國外產品壟斷。隨著國內技術的發展和與進口產品的競爭，市場價格將迅速下降，該技術在成型設備上的應用將越來越廣泛。可以預見，伺服壓力機將在一些重要的制造領域發揮越來越重要的作用，如電子產品、汽車等精密制造領域。它將部分取代液壓機、普通機械壓力機和螺旋壓力機。

（2）交流伺服驅動器的能耗和電機容量如上所述。在普通壓力機中，電機負載相對穩定。即使是工作循環的非工作時段，飛輪也必須消耗能量恢復飛輪速度 能量消耗貫穿整個循環，電機額定功率基本等于循環平均能耗 對于交流伺服驅動器，沒有飛輪，實際消耗的功率是可變的。就電機的額定功率而言，伺服壓力機會比普通機械壓力機大，但是伺服壓力機的實際能耗仍然低于普通壓力機，因為功耗兩種驅動方式的區別很大。降低電機容量的方法之一是增加電機的過載能力。

（3）伺服壓力機工作時對電網的沖擊。伺服曲柄壓力機在工作時會產生很大的短時沖擊電流，尤其是大噸位壓力機。這對電源造成很大的危害電網。注意，一個有效的方法是使用電容儲能，相反，伺服螺旋壓力機在換向時的電流會比普通螺旋壓力機小，減少了電機發熱和電流沖擊。

（4）加快研發步伐，用交流伺服電機代替傳統的感應電機，可以大大提高成型設備的自動化和智能化水平，提高工作性能，具有劃時代的意義。目前這項技術我國還比較落后，但國外發達國家才剛剛起步，鑒于其廣闊的應用前景，必須加快該技術的研發，才能跟上世界裝備的發展趨勢。技術。