伺服沖床的構(gòu)造及使用方法全析（連載十二）

文/ 張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所

伺服沖床的構(gòu)造及使用方法全析（連載十二）

文/ 張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司

小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所

關(guān)于伺服沖床的構(gòu)造及使用方法的論述到這一期已經(jīng)一年了，在這里我們要重新歸納一下伺服沖床的特點(diǎn)，并對今后伺服沖床的發(fā)展動向進(jìn)行再思考、再認(rèn)識。

至今為止伺服沖床只有20年左右的歷史，與機(jī)械式?jīng)_床130年的歷史相比還非常短暫，還有很大的改進(jìn)和發(fā)展的空間。自1960年微型IC磁片問世以來，50多年來沖床的變化從來沒有停止過，從驅(qū)動方式、檢測能力、反饋速度等方面都以極快的速度發(fā)展著，沖壓機(jī)械將迎來技術(shù)的大變革時代。發(fā)生變化的不僅只有沖壓機(jī)械，被用來進(jìn)行沖壓加工的材料也在變化，材料晶粒度的細(xì)化使得成形性能顯著提高，即使是一般的曲軸沖床也可以得到很好的成形。但是只靠材料性能的提高和沖壓機(jī)械的改善還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工需求的不斷提高，而伺服沖床的出現(xiàn)使沖壓技術(shù)真正地實(shí)現(xiàn)了突破性的進(jìn)展。

伺服沖床與傳統(tǒng)沖床的再對比

伺服沖床可以任意設(shè)定和改變加工過程中的速度，與傳統(tǒng)沖床相比的優(yōu)勢如下：

⑴大大提高了成形品的拉伸精度。

⑵減少了加工成品的皺褶、破損等。

⑶減少了對模具的損傷，也就減少了模具的保養(yǎng)及修理次數(shù)，從而提高了模具的壽命。

⑷用傳統(tǒng)沖床不能做到的板材鍛造，用伺服沖床可以實(shí)現(xiàn)了。

⑸加工中的振動和噪音大幅度降低，改善了以往沖壓工廠惡劣的工作環(huán)境。

⑹降低了電力損耗、節(jié)省了能源消耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

⑺沒有了傳統(tǒng)沖床的離合制動器的磨損問題，節(jié)省了這方面檢驗(yàn)和修理所需要的人力、物力、財(cái)力。

⑻要得到品質(zhì)優(yōu)良的拉伸成形零件就需要對緩沖裝置的壓力以及頂銷進(jìn)行很細(xì)微、精確的調(diào)節(jié)，而伺服沖床可以使這些調(diào)節(jié)變得十分簡單、便捷。

⑼傳統(tǒng)沖床在每一次換模后都需要進(jìn)行微調(diào)整，費(fèi)時費(fèi)力。使用了伺服控制的沖床可以在換模后立刻生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

⑽試?；蚰＞吒鼡Q后，模具調(diào)整時使用的“寸動運(yùn)轉(zhuǎn)”需要較高的操作技能，而伺服沖床做模具調(diào)整時可以做到每一次0.01mm的微動操作，使模具的調(diào)整操作變得簡單、方便。

⑾傳統(tǒng)沖床的曲軸頻繁地改變運(yùn)轉(zhuǎn)方向是比較困難的，伺服沖床可以簡單地實(shí)現(xiàn)微動的正反轉(zhuǎn)變化。除此以外還有一些其他的效果。

如表1、2所示，列舉了伺服沖床的特征以及

與傳統(tǒng)沖床的對比。在這里拿來與伺服沖床進(jìn)行比較的是指有飛輪的機(jī)械式?jīng)_床，由于兩者在驅(qū)動方式上的差異使得伺服沖床表現(xiàn)出非常優(yōu)良的特征。

■表1沖壓機(jī)械的驅(qū)動方式和構(gòu)造特征比較

■表2驅(qū)動方法和滑塊運(yùn)轉(zhuǎn)模式比較

從表1和表2中可以看出伺服沖床有很多優(yōu)勢，在沖壓生產(chǎn)中能夠達(dá)到最好的效果。但是并不是說伺服沖床是萬能的，還需要沖床的使用者詳細(xì)了解沖床的特性，使其性能得到最好的發(fā)揮。

伺服沖床的大型化、大能力化和高速化

伺服沖床的大型化

最近伺服沖床的公稱能力已經(jīng)達(dá)到了40000～50000kN。由于現(xiàn)在伺服電機(jī)的最大輸出功率是400kW，因此伺服沖床不會單純地向大的方向發(fā)展，而是使用幾臺輸出功率為200～400kW的伺服電機(jī)共同驅(qū)動一臺沖床，這樣會使伺服沖床的生產(chǎn)能力加大。

一臺伺服電機(jī)上裝有一個帶有驅(qū)動軸的小齒輪，再用幾個這樣帶有驅(qū)動軸的小齒輪回轉(zhuǎn)一個大齒輪的方式。也有用4根驅(qū)動軸（使用4臺伺服電機(jī)）來驅(qū)動一個主齒輪的方式得以實(shí)現(xiàn)。

由于伺服電機(jī)屬于同步電機(jī)，不論是同時驅(qū)動數(shù)臺伺服電機(jī)，還是用一臺作為主機(jī)使其發(fā)出指令來控制其他幾臺電機(jī)，都可以達(dá)到同步運(yùn)轉(zhuǎn)功效。

如圖1、2所示，都是雙點(diǎn)（兩個曲軸、兩點(diǎn)無曲軸）沖床的驅(qū)動實(shí)例，伺服電機(jī)和齒輪的組合方法為實(shí)現(xiàn)伺服沖床的大能力和大型化提供了技術(shù)條件。大型覆蓋件加工成形時模具的前后左右尺寸都很大，需要沖床的滑塊前后左右都能夠加壓，因此大型覆蓋件加工成形用的四點(diǎn)沖床應(yīng)運(yùn)而生，而且已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

汽車的覆蓋件加工生產(chǎn)線主要有兩種形式，一種是4～6臺前后排列，中間間隔4～6m。還有一種是無間隔并排連成一體。前者是在沖床與沖床之間設(shè)置多關(guān)節(jié)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)加工物件的傳遞，后者是使用多工位搬運(yùn)裝置的生產(chǎn)方式。前后兩種生產(chǎn)方式相比，實(shí)際生產(chǎn)中使用較多的是多工位搬運(yùn)裝置和沖床組合的方式。生產(chǎn)方式的選擇要考慮成形方式、模具大小、模具交換方式、被加工件的搬運(yùn)方式加工過程的監(jiān)視、下腳料的清理、生產(chǎn)效率等因素具體要選擇哪一種生產(chǎn)方式要根據(jù)使用廠家的整體生產(chǎn)技術(shù)水平和適應(yīng)各自的實(shí)際生產(chǎn)需求來決定。

圖1雙點(diǎn)伺服沖床的驅(qū)動齒輪系列（4個電機(jī)、電器控制得以同步的方式）

制約伺服沖床向大能力化、大型化發(fā)展的因素

雖然伺服沖床向大能力和大型化發(fā)展是必然趨勢，所受到的制約也很多。一般的汽車覆蓋件成形加工使用的沖床的行程都要在800mm以上，有的可能會超過1200mm。在過去很長的一段時間內(nèi)，汽車覆蓋件的成形加工都沒有實(shí)現(xiàn)自動化，無論是將材料送入模具的作業(yè)、還是從模具中取出成形品都是由人工來完成的。在非自動化的時代里設(shè)定沖床的行程長度時，只要保證行程是拉伸長度的2倍以上和模具的安裝、拆卸方便即可，行程長度一般在500～700mm就足夠了。從20世紀(jì)90年代初開始，隨著技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)自動化的實(shí)現(xiàn)，送料機(jī)及中間搬運(yùn)需要深入到模具里面，為了避免送料或搬運(yùn)裝置與模具之間的干涉、滑塊運(yùn)轉(zhuǎn)時間曲線等問題，使得沖床的行程長度逐漸變長。過去把材料送入模具中的作業(yè)和成形件取出的作業(yè)都是沖床停止在上死點(diǎn)的狀態(tài)下實(shí)施的，為了在不停機(jī)的狀態(tài)下進(jìn)行這種送料、取件的作業(yè)，就采用了延長行程長度來爭取時間的方法，這就是為什么有的沖床的行程長度會達(dá)到或超過1200mm的原因。追究造成行程長度如此之大的根本原因就是傳統(tǒng)沖床必須以恒定的速度回轉(zhuǎn)。

圖2雙點(diǎn)伺服沖床的驅(qū)動齒輪系列（4個電機(jī)與機(jī)械式得以同步的方式）

伺服沖床可以隨意地改變速度，滑塊可以在上死點(diǎn)附近緩慢回轉(zhuǎn)，為自動化裝置的運(yùn)行爭取了時間，也為減少沖床的行程長度創(chuàng)造了條件。而對那些不需要很大拉伸長度的零件來說，滑塊可以在下死點(diǎn)前后做往復(fù)運(yùn)動，沖床的曲軸可以不用每次都通過上死點(diǎn)做圓周運(yùn)動，可以說自動化裝置水平的提高也對伺服沖床的不斷改進(jìn)和發(fā)展起到了促進(jìn)作用。

綜合以上伺服沖床的特性可以看到在選擇伺服沖床之前，首先要對自己的生產(chǎn)要求、生產(chǎn)方式等有一個清楚的認(rèn)識，那么伺服沖床就會發(fā)揮出應(yīng)有的性能。在現(xiàn)實(shí)中伺服沖床的性能不能得到發(fā)揮的例子也是有的，這是衡量模具技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)等相關(guān)人員綜合實(shí)力的地方。

伺服沖床的高速化

在伺服沖床的規(guī)格范圍內(nèi)，操作人員可以任意設(shè)定滑塊的運(yùn)轉(zhuǎn)模式，而完成這些模式的源頭是伺服電機(jī)，它會受到變化速度應(yīng)答性（也稱為響應(yīng)性，響應(yīng)時間等）的制約。

伺服沖床的速度越高就越需要伺服電機(jī)有良好的應(yīng)答性能，當(dāng)伺服電機(jī)的應(yīng)答性不好時，沖床的應(yīng)變范圍就會變得狹窄，也就會接近曲軸沖床的性能。

在沖床能力較小的時候，比如1000kN（100tf）、2000kN（200tf）的伺服沖床可以做到高速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)沖床向大型化和大能力化發(fā)展的同時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會變慢。因此伺服沖床的轉(zhuǎn)速大多數(shù)還停留在50次/min或100次/min以下，在高速沖床上應(yīng)用的還不是太廣泛，即使使用了伺服電機(jī)和控制系統(tǒng)，其高速段的功效還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)。

結(jié)束語

沖壓加工的三要素是沖壓機(jī)械、材料和模具。在模具和材料進(jìn)步顯著的前提下，在沖壓機(jī)械的技術(shù)進(jìn)步中自動化的進(jìn)步占據(jù)了顯著的位置。伺服沖床從問世至今經(jīng)歷了20年，在世界各國已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。讓伺服沖床落戶每一個沖壓廠房只是一個時間問題，伺服沖床的普及是必然的趨勢。伺服沖床的出現(xiàn)使傳統(tǒng)曲軸沖床的優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)更加清晰、明了，可以使人們在沖壓工藝、設(shè)備和具體沖壓過程中，有效地利用好傳統(tǒng)沖床和伺服沖床各自的長項(xiàng)，取長補(bǔ)短，改善和提高沖壓工藝水平。因此，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，由于工藝、習(xí)慣、模具及技術(shù)、成本等方面的制約，尤其是成本制約，沖壓行業(yè)在今后的一段時間會是傳統(tǒng)沖壓方式和伺服沖壓方式的混合并存，這也是非常正常的現(xiàn)象。但是，我們相信在不遠(yuǎn)的將來，使用伺服沖床的領(lǐng)域、工藝環(huán)節(jié)和數(shù)量等的比重將會越來越多，這一定是大勢所趨。

在我國伺服沖床才剛剛起步，生產(chǎn)的實(shí)例還很少，其優(yōu)勢還會不斷地被發(fā)現(xiàn)，相對而言傳統(tǒng)的曲軸沖床也會從伺服沖床的性能中得到啟發(fā)，在性能上不斷改進(jìn)，因此又會推動伺服沖床向更加智能化的方向發(fā)展。

如今的伺服沖床還處于發(fā)展中，沖床的使用者對伺服沖床的要求和期望是伺服沖床發(fā)展進(jìn)步不可缺少的因素。同時沖床的使用者能夠充分了解沖床，才能使其發(fā)揮出應(yīng)有的性能，這也是我們發(fā)表有關(guān)伺服沖床介紹連載的目的之一。我們會在明年的連載中，盡量多增加一些伺服沖床的應(yīng)用實(shí)例，來分析和共享伺服沖床的優(yōu)越性和普及的必要性。但愿能給我國鍛壓行業(yè)，沖壓行業(yè)和技術(shù)加工制造業(yè)起到拋磚引玉的效果，共同關(guān)注和推動我國伺服沖壓設(shè)備和伺服沖壓加工的發(fā)展。

最后感謝本系列連載的各位讀者，希望大家在沖壓行業(yè)中不斷鉆研、不斷努力、不斷進(jìn)步來促進(jìn)我國沖壓行業(yè)趕上世界的發(fā)展潮流，提升我國沖壓行業(yè)從傳統(tǒng)方式快速向自動化和智能化方向的轉(zhuǎn)型。