隨著環(huán)保政策的深入和制造業(yè)競爭的日益激烈，高效率、高精度、高可靠性的伺服壓力機的市場需求越來越強烈。伺服壓力機所具有的高效性、高精度、高柔性、低噪聲、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，充分體現(xiàn)了壓力機的未來發(fā)展趨勢。伺服壓力機可根據(jù)不同的生產(chǎn)需要設(shè)定不同的行程和成形速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高模具壽命。通用伺服機的結(jié)構(gòu)如圖1所示，本文就興鍛伺服壓力機在家電、汽車零部件領(lǐng)域的應用進行介紹。
圖1通用伺服壓力機結(jié)構(gòu)和運動曲線
伺服壓機設(shè)備及生產(chǎn)線
伺服壓力機單機線
為了克服傳統(tǒng)機械壓力機沖擊速度過高、不能沖壓深拉延件與液壓機生產(chǎn)效率低、故障率高的缺陷，采用大扭矩永磁同步伺服電機取代傳統(tǒng)機械壓力機中的電機和飛輪、離合器部分，利用大功率伺服控制器來控制扭矩電機的轉(zhuǎn)速、位置和扭矩，從而控制壓力機滑塊的運動曲線，伺服壓力機可以在沖壓時降低速度，在回程中增加速度來提高效率，或在下死點停頓保壓來抑制回彈，提高產(chǎn)品精度。如圖2所示多臺階的拉伸類零件根據(jù)不同的模具可靈活修改滑塊的運動曲線實現(xiàn)沖壓過程中高的靈活性和柔性化。
圖2伺服壓力機（200t）和代表產(chǎn)品
伺服壓力機大型多工位生產(chǎn)線
多工位沖壓生產(chǎn)線是壓力機、多工位模具、快速換模系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、多工位機械手、電氣控制系統(tǒng)的集成，其相對于單機生產(chǎn)或者多機連線生產(chǎn)的最大特點就是：壓力機在完成一次沖壓后，不需要停在上死點等待送料機械手進行工位間移送，而是壓力機連續(xù)工作，同時送料機械手進行工位間移送，即以連續(xù)沖程工作，取代單機單次工作方式，提高了生產(chǎn)效率、降低了沖壓件綜合成本。
伺服壓力機通過調(diào)整不同角度位置的滑塊速度，滑塊可以在上死點附近緩慢回轉(zhuǎn)，使壓力機和多工位機械手的運動能更好匹配，特別是伺服壓力機+多工位沖壓深拉伸生產(chǎn)線（圖3）對于提高生產(chǎn)效率、降低成本和提升質(zhì)量有很好地幫助。
圖3伺服壓力機（1250t）多工位生產(chǎn)線
伺服與機械壓力機混合自動化沖壓生產(chǎn)線
伺服機械混合的自動化沖壓生產(chǎn)線通常是第一序（拉延序）采用伺服壓力機，后面的工序采用機械壓力機，中間采用高柔性化的機器人搬運，整線運用自動化集成技術(shù)的生產(chǎn)線。如圖4所示在生產(chǎn)線的第一工序（拉延工序）采用伺服壓力機，利用壓力機的伺服性能提升拉延品質(zhì)和模具壽命，解決了機械壓力機難以使用復雜沖壓工藝以及生產(chǎn)效率難以提升等問題，同時可降低沖壓噪音，實現(xiàn)高質(zhì)量沖壓。而在后續(xù)的切邊、翻邊、沖孔等工序可以采用機械壓力機，在節(jié)省設(shè)備投資的同時實現(xiàn)伺服和機械壓力機匹配協(xié)調(diào)。
圖4伺服600t+機械400t混合生產(chǎn)線
伺服精沖生產(chǎn)線
精密沖裁技術(shù)(簡稱精沖)是一種基于普通沖裁技術(shù)發(fā)展而來的塑性加工技術(shù)，采用齒圈壓邊，引入壓邊力和反壓力，抑制沖裁過程中原材料的撕裂，從而得到尺寸精度高、斷面質(zhì)量好的精沖件。精沖設(shè)備是決定精沖能力的重要因素之一，我國精沖機通過進口和自主研發(fā)相結(jié)合，在高剛性的伺服壓力機上加裝液壓模墊等方式進行開發(fā)研制。通過不斷改進，取得了很大進展。如5所示興鍛自主研發(fā)的200t和300t伺服肘桿式壓力機加裝上下液壓模墊已經(jīng)在精沖領(lǐng)域得到成功運用。
圖5肘桿式伺服壓力機和精沖產(chǎn)品
伺服鍛造生產(chǎn)線
冷鍛模具壽命與模具同坯料的接觸速度密切相關(guān)。速度過大，形成沖擊，會縮短模具壽命。采用伺服直驅(qū)技術(shù)，可以對滑塊的速度進行控制，保證模具同坯料之間實現(xiàn)柔性接觸，從而有效地提高模具壽命。相應的，熱鍛模具壽命與模具同坯料的接觸時間密切相關(guān)，時間過長，熱量從坯料傳導到模具上，會大大縮短模具壽命。采用伺服直驅(qū)技術(shù)設(shè)置滑塊曲線，盡量縮短模具同坯料的接觸時間，可減少坯料向模具的熱量傳遞，從而提高熱鍛模具壽命。鍛壓機械上采用的伺服電機為低速大扭矩伺服電機，直接同減速機構(gòu)的齒輪連接，不再需要離合器、飛輪等易發(fā)生故障的部件，結(jié)構(gòu)變得簡單，運行故障率低，維護方便。
伺服相關(guān)控制系統(tǒng)及軟件的應用
伺服控制系統(tǒng)是一種能對目標裝置的機械運動按預定要求進行自動控制的操作系統(tǒng)。伺服電機發(fā)出有關(guān)回轉(zhuǎn)角度、回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)力（力矩）等的指令，再把動作的結(jié)果與指令值的差別相比較，然后再做出修改或不修改的指令內(nèi)容并反映到下一個指令中，從而控制壓力機的動作。
基本上，我們把這種信號一次又一次發(fā)出，然后反映到控制結(jié)果的方法叫做反饋控制，現(xiàn)在的伺服壓力機基本上是用這種預先設(shè)定好結(jié)果來控制的方法。要達到伺服控制的目的，就是要將期望的性能得到更好地發(fā)揮應用，除了機械精度外，控制軟件起著非常重要的作用。伺服產(chǎn)品的設(shè)計需要機械設(shè)計者、電氣設(shè)計者和計算機軟件設(shè)計者具備協(xié)調(diào)性很好的綜合技術(shù)能力。
一般的伺服沖壓機械所用的伺服控制系統(tǒng)，是在電腦程序內(nèi)設(shè)定一個加速度理論公式，在控制盤內(nèi)固定下來。各種參數(shù)是在伺服壓力機裝配完畢調(diào)試時使用壓力機機械的GD2 實際值把伺服系統(tǒng)調(diào)整到最佳狀態(tài)。這些都與伺服電機的特性和控制盤的功率特性有著很大的關(guān)系。
伺服壓機生產(chǎn)線相關(guān)輔助設(shè)施
伺服拉伸墊
伺服壓力機和伺服拉伸墊相結(jié)合可以實現(xiàn)工件的復雜拉伸變形，成形深度大、零件截面變化復雜、屈服強度高的原材料、生產(chǎn)中容易造成開裂、起皺、偏載等問題，這些問題在工藝和模具設(shè)計上無法完全規(guī)避。傳統(tǒng)的氣壓式緩沖墊和液壓式緩沖墊存在著穩(wěn)定性差、效率低、和壓力機匹配性差等問題。伺服壓力機與伺服拉伸墊的結(jié)合在高精度、難成形零件等加工領(lǐng)域中的應用，已經(jīng)顯示出以前壓力機無法比擬的優(yōu)越性，同時提高了拉深件的質(zhì)量并具有優(yōu)良的節(jié)能性。
伺服多工位機械手和機器人
與傳統(tǒng)機械壓力機自動化輸送線相比較，伺服生產(chǎn)線的自動化部分基本類似，上下料機構(gòu)基本上都采用六軸機器人較多，壓力機間的板料和中間產(chǎn)品的傳輸，涉及到取件角度、壓力機行程以及壓力機自動化匹配信息等諸多因素，通常采用多工位機械手或七軸機器人設(shè)備。對于高速沖壓線需要采用單臂或者雙臂機械手才能實現(xiàn)其所需生產(chǎn)節(jié)拍需求。伺服壓力機可以隨意地改變速度，滑塊可以在上死點附近緩慢回轉(zhuǎn)，為自動化裝置的運行爭取了時間，更有利于自動化的實現(xiàn)。
快速換模系統(tǒng)
為了提高壓力機的生產(chǎn)效率、減少生產(chǎn)準備時間以及減輕操作者的勞動強度、改善工作環(huán)境、降低人工換模過程中的安全隱患等，快速換模系統(tǒng)已被世界各壓力機使用廠家廣泛使用。伺服壓力機采用整線集成后，可實現(xiàn)整條生產(chǎn)線無人化操作、“一鍵式”快速換模，大幅削減人員投資和提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)智能高效生產(chǎn)。
企業(yè)產(chǎn)線應用改造案例分析
軸瓦壓彎整形——保壓模式
某客戶原來加工汽油機軸瓦使用普通機械式壓力機進行沖壓加工，對于軸瓦雙金屬復合材料進行彎曲加工的特性而言，成型效果并不好。具體表現(xiàn)為：產(chǎn)品貼合面不穩(wěn)定，貼合面一側(cè)有部分留白，軸瓦壓彎后半徑高跳動大。更換使用軸桿式伺服壓力機（圖6）后，通過更改壓力機動作曲線。使得壓力機在下死點可以停頓1.5s甚至更久，在停頓時間內(nèi)，軸瓦雙金屬材料將得到充分的時間進行各自的金屬流動。如圖7所示軸瓦的整體壁厚將會更均勻，貼合面的貼合度更高。
圖6 300t肘桿伺服生產(chǎn)線
圖7 軸瓦產(chǎn)品貼合度檢測
方形電池殼蓋板、矽鋼片沖壓——鐘擺模式+保壓模式
這類薄片型的零件，生產(chǎn)時要求壓力機速度快，行程可以小，以提高生產(chǎn)效率；模具檢修拆裝時要求滑塊有較大行程以方便模具拆裝。伺服壓力機的鐘擺模式可以滿足該類型產(chǎn)品的需求。同時不銹鋼的類的零件沖壓加工后會有較大的回彈，伺服壓力機的保壓模式可有效抑制產(chǎn)品的回彈量，提高產(chǎn)品精度。圖示的彈簧片在普通壓機上生產(chǎn)時由于回彈量不能精確控制，折彎角度不穩(wěn)定，產(chǎn)品的不良率居高不下。使用伺服壓力機的鐘擺+保壓模式后，有效解決了產(chǎn)品精度問題，還提高了生產(chǎn)效率。
圖8 彈簧片、電池殼蓋板
噴油嘴——連桿模式
閉塞鍛造工藝是最先進的精鍛技術(shù)之一。這種技術(shù)是在模架上配置大噸位的氮氣彈簧，上下模合模先制造一個密閉腔體，然后通過沖頭在封閉凹槽內(nèi)部擠壓而使得金屬一次成型的，成型的零件屬于無飛邊的近凈精鍛件。噴油嘴、三叉銷（圖10所示）這種非對稱件就需要使用這種閉塞鍛造工藝。使用普通鍛造設(shè)備加工時，合模時模具受沖擊大，模具壽命低，且不好配置自動化機械手。改用如圖9所示伺服溫鍛壓力機后，雙伺服電機驅(qū)動，通過調(diào)整合模時滑塊的速度，有效降低了模具的沖擊力，模具壽命顯著提升，同時讓滑塊在上死點附近緩慢運轉(zhuǎn)，給自動化機械手留出運動時間，使自動連續(xù)搬運得以實現(xiàn)。
圖9 650t多連桿伺服壓力機
圖10 噴油嘴、三叉銷、十字萬向節(jié)
伺服沖壓技術(shù)未來發(fā)展與思考
由于工藝、習慣、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，我們相信在不遠的將來，使用伺服壓力機的領(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。
在我國伺服壓力機才剛剛起步，生產(chǎn)的實例還比較少，其優(yōu)勢還會不斷地被發(fā)現(xiàn)，相對而言傳統(tǒng)的曲軸壓力機也會從伺服壓力機的性能中得到啟發(fā)，在性能上不斷改進，因此又會推動伺服壓力機向更加智能化的方向發(fā)展。隨著國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的開發(fā)以及與進口產(chǎn)品的競爭，市場價格會逐步降低，伺服技術(shù)在成形裝備的應用領(lǐng)域也會越來越廣。
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