SPT伺服直驅(qū)壓力機技術(shù)

文/徐海華·西班牙法格塞達公司

SPT伺服直驅(qū)壓力機技術(shù)

文/徐海華·西班牙法格塞達公司

西班牙法格塞達公司（以下簡稱法格塞達）是全球領(lǐng)先的鋼板沖壓及剪裁設(shè)備制造商，位于西班牙北部毗鄰法國的巴斯克自治區(qū)。巴斯克自治區(qū)是西班牙最重要的工業(yè)基地之一，其境內(nèi)分布著眾多全球知名機床制造企業(yè)。法格塞達的產(chǎn)品廣泛應用于汽車及零部件制造、鋼鐵加工及貿(mào)易、白色家電生產(chǎn)等不同行業(yè)。除此之外，法格塞達的產(chǎn)品線也衍生到了鋼板冷軋和鍛件成形等領(lǐng)域。法格塞達的全自動沖壓線，大型多工位壓力機，開卷落料線在全球市場具有很高的知名度。法格塞達公司在中國昆山建有裝配工廠，制造壓力機和部分剪切線設(shè)備，同時承擔法格塞達公司全系列產(chǎn)品在中國的售后服務(wù)。

伺服壓機的發(fā)展與應用

歐盟新版機械指令2006/42/EC中，對機械的定義是：一個由非人力或其他動物力驅(qū)動，或者是裝有驅(qū)動系統(tǒng)，由若干零部件組成的且至少一個零部件可以運動的，用來完成特定用途的設(shè)備。從定義上不難看出，驅(qū)動系統(tǒng)在機械設(shè)計中的重要性，其尺寸、功能、傳輸系統(tǒng)和控制等方面直接影響了機械的性能和功能。

目前，機械行業(yè)內(nèi)主要有2種驅(qū)動方式，即液壓驅(qū)動和電機驅(qū)動。液壓驅(qū)動主要用于對壓力要求很高但不追求速度的設(shè)備，如液壓機、注塑機等。液壓驅(qū)動可不配備傳輸系統(tǒng)，但最大障礙是維修方面的問題，如機油更換、過濾器泄漏、密封件更換等。而電力驅(qū)動由于其簡單性和通用性，目前應用最為廣泛，應用于不同類型的機械設(shè)備，如銑削、研磨、堆垛系統(tǒng)、組裝線等。但電力驅(qū)動也并非完美，由于需要靠耦合和傳輸系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，因此對電動馬達的速度和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生了限制，從而限制了實際用途。

近年來，伺服技術(shù)的發(fā)展和崛起成為了機械控制系統(tǒng)設(shè)計的一個轉(zhuǎn)折點，法格塞達，早已進行此項技術(shù)的深入研究。將先進的伺服技術(shù)運用于柔性和可編程機械設(shè)備，使用高性能的伺服電機替代了液壓缸和/或復雜的機械傳動系統(tǒng)，從而設(shè)備擁有更為卓越的性能，在速度和準確性方面有了很大的提高。

圖1 伺服直驅(qū)解決方案

SPT伺服壓機技術(shù)

2006年，法格塞達在西班牙畢爾巴鄂機床雙年展上展出了首臺伺服壓機，如圖2所示，吸引了眾多沖壓企業(yè)的關(guān)注。

圖2 法格塞達首臺伺服壓機

伺服壓機的優(yōu)勢

完全柔性化

伺服電機的速度和壓力可自行配置，在不損失生產(chǎn)壓力的情況下，可運用于不同的流程和部件。目前，法格塞達的伺服壓力機能夠運用于沖壓聯(lián)線，多工位壓機，開卷落料線，級進模壓機或試模壓機。這是一個競爭優(yōu)勢，相同的投資可運用于不同的設(shè)備，生產(chǎn)制造完全不同特性的部件。伺服調(diào)速手輪如圖3所示。

圖3 伺服調(diào)速手輪

高產(chǎn)能>

所需的路徑編程完畢之后，上下行程可以得到優(yōu)化，最終獲得最高的生產(chǎn)效率，利用電機容量提高壓力機外圍設(shè)備和工件傳送設(shè)備同步安裝的生產(chǎn)率。針對過長的壓機行程，也可以采用鐘擺運動模式提高壓機工作節(jié)奏和生產(chǎn)率。閉合狀態(tài)下可對滑塊進行控制，使用額定轉(zhuǎn)矩在1GPM的速度下能夠進行模具調(diào)整，這兩個方面的實現(xiàn)降低了準備和調(diào)整時間，從而提高了零件的加工精度和質(zhì)量。

提高沖壓質(zhì)量

拉深過程中可選擇適合的速度和力量來實現(xiàn)部件的高質(zhì)量和高生產(chǎn)率，這是伺服壓機的另一個主要優(yōu)點。降低矩陣和模具間的沖擊速度，延長模具壽命的同時也降低了噪音水平。這項獨特功能已成功地應用到壓機結(jié)構(gòu)，能夠適應各種流程，以確保高水平的生產(chǎn)力，針對高強度鋼的拉深和切割。

優(yōu)化的內(nèi)存參數(shù)

伺服壓機的應用可以優(yōu)化內(nèi)存參數(shù)，具有可靠性、可用性和可維護性的特點。減少或刪除易損項目，從而改善機械行為，也大大簡化了維護任務(wù)。伺服壓機和液壓機就柔性方面比較的話，伺服壓機去除了液壓單元、液壓缸和液壓閥，優(yōu)勢更為突出。

降低運行成本

雖然由于驅(qū)動器的成本和減速齒輪運動鏈的原因，伺服壓機最初的投資相對較高，但是鑒于伺服壓力機的高柔性、高生產(chǎn)力、節(jié)能和少維護，所以攤銷期限非常短。可以說，伺服壓機的應用，有效地降低了運行成本。

新工藝的發(fā)展

伺服壓力機通過高價值的制造系統(tǒng)，使歐洲經(jīng)濟進一步發(fā)展，在這個過程中發(fā)揮了積極的作用。新的制造工藝和材料往往需要通過某些功能和高節(jié)奏下難以想象的曲線，包括行程中各個點滑塊的停止和過程中的反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，而伺服壓力機都能做到。目前可采用伺服壓力機的新工藝中，有熱成形、鍛造和試模。

機械結(jié)構(gòu)

法格塞達的伺服壓力機技術(shù)SPT，在機械機構(gòu)內(nèi)使用伺服電機，根據(jù)其性能，設(shè)計傳動系統(tǒng)配有減速或偏心齒輪。該架構(gòu)使伺服壓力機能夠做到：1、2或4根連接頂桿；配置最多8臺伺服電機；適合開卷落料線，級進模，多工位和伺服壓力機聯(lián)線；安全制動器安裝在電機主軸上，能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應緊急情況或激活模具區(qū)域的保護裝置。

變速箱或齒輪減速機械架構(gòu)與實例

如果不控制生產(chǎn)的節(jié)拍和特點的合理性，使用高功率驅(qū)動器將毫無價值。法格塞達率先使用高等級的控制平臺，幾毫秒內(nèi)關(guān)閉循環(huán)，從而很好地控制速度和力量分布，確保設(shè)施的能力。變速箱或齒輪減速機械架構(gòu)如圖4所示。

監(jiān)控

伺服壓力機和傳統(tǒng)的機械式壓力機主要區(qū)別在

于壓機的監(jiān)控和編程系統(tǒng)，如圖5所示。傳統(tǒng)壓力

機過程調(diào)整的變量十分簡單，即行程調(diào)整、高速沖

壓，在某些情況下滑動更換。而伺服壓力機由于高

位調(diào)整電源，會更加復雜，表現(xiàn)為可編程行程、變

速周期、上下死點調(diào)整、工作輪廓、停機時間、電

子凸輪同步模具元件等。

圖4 變速箱或齒輪減速機械架構(gòu)

圖5 用戶CNC屏幕

為了優(yōu)化法格塞達伺服壓機的調(diào)整功能和編程 功能，建立了監(jiān)控系統(tǒng)，使用向?qū)Ш喴讛?shù)控處理，預編程沖壓最常見的曲線為：開卷落料→連桿驅(qū)動→偏心→觸變→擺動。

能源管理

為了提高伺服壓力機的能源利用率，使用3個可選的補充技術(shù)測量;在再生資源方面，減少了安裝損耗，因為壓機制動時能源回到網(wǎng)絡(luò)中；在伺服壓機驅(qū)動之間的能源交換方面，驅(qū)動有補充能量循環(huán)，如一個作為電機工作和另一個在發(fā)電機模式下工作，法格塞達可采用調(diào)整的方式來提高驅(qū)動器的能量平衡，見圖6；在臨時儲能系統(tǒng)方面，新系統(tǒng)能滿足發(fā)電水平需求的變化。目前，蓄能有著不同的技術(shù)，如電池、飛輪、電容器或超容量儲存電能。但每個儲能技術(shù)都有著不同的特點和應用范圍。如圖7所示，為4個系統(tǒng)的操作范圍，在功率密度、能量密度和充電/放電時間的曲線。

瞬態(tài)能量存儲最顯著的解決方案，是能夠支持電能消費高峰的能源供應，并且不必配備特大型電力供應設(shè)備或安裝大型變壓器，法格塞達2個補充選擇措施可實現(xiàn)：

⑴電容器組。電容器組安裝于電源供應器與伺服電機之間，使用伺服馬達的能量進行蓄能，在高需求的時間放電，防止網(wǎng)絡(luò)本身需要負責提供所有所需的能量，并保證了用電高峰的供能。該電容器模塊由一個在線模塊控制，該模塊是負責控制充電和放電時間。

圖6 伺服頂桿、儲能電機和傳統(tǒng)壓機的主驅(qū)動之間的能源交換

圖7 4個系統(tǒng)的操作范圍在功率密度、能量密度和充電/放電時間的曲線

⑵飛輪。飛輪是一種機械電池，能夠以旋轉(zhuǎn)的形式儲存能量。作為電容器組，基于相同的技術(shù)以同樣的方式，在電驅(qū)動器之間進行能量交換，通過DC總線充電，并提供電能到總線。當電壓降低于設(shè)定值，即伺服馬達減速時儲存能量，以便在用電高峰時釋放能量。

結(jié)束語

法格塞達伺服壓力機具有以下核心特點：

⑴使用知名名牌的高功率伺服電機，可直接驅(qū)動和減少元件受損。

⑵驅(qū)動之間的臨時能源存儲系統(tǒng)和能量優(yōu)化，包括電容，飛輪，驅(qū)動之間的能源再生和管理等。

⑶標準機械結(jié)構(gòu)，如傳動系統(tǒng)，過載系統(tǒng)，安全制動等。

⑷數(shù)控觸摸屏控制平臺，如可編程工作概況，恒速，預置曲線，擺動工作模式。

⑸機械和伺服壓力機之間可交換模具。