簡析壓力機領域的伺服驅動以及電機調速的應用

摘 要：各類技術都在隨著社會的發展而進步，裝備制造領域同樣也得到的發展，這種發展過程中在控制技術以及電子和計算機技術發展的基礎上的，而科技的飛速進步，也帶動著伺服控制技術以及各種調速電機的提高，并在制造裝備的領域中得到了廣泛的應用。文章主要對機械式壓力機進行了分析，并對現代的生產領域中有關塑性成形制造進行了簡要介紹。通過對伺服壓力機的發展以及特征的分析，對行業應用中的電機調速以及伺服系統進行總結性的論述。并以此提出加大性能，對成本進行有效的降低是克服制約了伺服發電機平靜的重要方式，并且在對我國此類發電驅動的促進作用同樣巨大。

關鍵詞：壓力機；伺服驅動；電機調速；應用

1 前言

在汽車、航天航空以及電子家電和通訊電器領域內，金屬板的形成設備被廣泛的應用，主要是應用于板殼的生產以及零件的生產，因此無論是在品種還是數量上都很繁雜，其中應用最廣的就是機械式的壓力機。目前生產的規模化的擴大是制造業的主要特征，產品也開始向著個性化發展，在型號上變化很快，并且變小的批量使得生產上有著很多的不確定性。生產業的趨勢開始想著多型號共線進行生產，并且覆蓋件也開始出現一體化以及大型化趨勢。這些都對壓力機提出了更高的要求，首先不僅僅需要壓力機能夠保證精度的情況下高速運轉并且需要其承擔的負載也大，而且，在柔性上的要求也要求其能夠便捷的對輸出運動規律進行改變。傳統的機械式的壓力機具有固定的模式在沖壓上，因此工藝的適應性不強，由于運動形式的單一，因此對于材料不一樣以及工藝要求不同的生產要求是無法盡心滿足的，這也是傳統的沖壓設備的壓力機上的滑塊其曲線柔性在可調性上較差的緣故。尤其是在近些年，分模成型、復雜形狀的零件的成型加工以及負荷和難成型的零件的生產都給壓力機提出了工作性能上的高要求，因此柔性壓力機的生產眾望所歸。

2 壓力機上的伺服驅動的發展應用

2.1 技術分析

電機類型的區別使得電氣伺服系統分成了DC以及AC兩種系統，這是根據驅動類型劃分的，DC即直流伺服系統，AC即交流伺服系統。在電機的應用中，上世紀就實現了直流以及無刷電機的產品化，在五十年代開始在計算機的一些外圍設備以及機械設備中被廣泛的應用開來。其發展二十年之后，到了七零年代應用最廣泛的電機便是直流伺服。但是其發展受到了其本身缺陷的限制，這也是直流伺服式驅動技術自身的電機缺陷，首先其結構機身較為的復雜，這就使得在后期的維修養護上較困難，并且運行中的機械設備很容易發熱，這樣和驅動設備相連接的其他設備在精度上都會受到影響，如此一來就很難被應用在一些工作量大，高速運轉的生產場合。并且直流驅動技術在發展上也遇到了換向器的瓶頸，一時之間伺服驅動技術發展受阻。而直流伺服在電機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的交流伺服驅動電機所克服，尤其是在生產負荷上交流伺服電機更是體現了其巨大的優勢，另外這種電機的慣性也很低，所以在現代的自動化工業生產中，交流伺服開始被關注并逐漸的推廣開來。從上世紀的七十年代到八十年代的初期，交流伺服式的電機設備以及控制系統變成了生產的主導，這也是由于微處理器的技術發展以及高性能高功率半導體的功率器件的技術飛躍加之永磁制造材料的工藝發展都為其性價比的增加提供了有利條件。這種驅動形式也是工業自動化發展的基礎，在工業領域中成為了發展的核心內容，直流伺服系統逐漸退出了工業舞臺。

2.2 伺服壓力機發展現狀及趨勢

隨著伺服驅動技術的發展；上世紀90 年代世界工業發達國家興起了伺服壓力機的研究。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進行了研究。Tokuz 建立了交流伺服電機驅動四桿機構的系統模型； R.F.Fung K.W.Chen 通過對壓力機的運動學和動力學分析；研究了交流伺服電機-曲柄滑塊機構的動態模型； Yan 和Chen 提出一種由交流伺服電機驅動的變轉速曲柄滑塊沖床；對于不同的沖壓加工；沖床可提供不同的輸入轉速E日本會田（AIDA） 和小松（KOMATSU）公司先后推出的新型數控壓力機；在傳動結構上采用伺服電機經一級齒輪傳動直接驅動曲柄連桿機構工作。這些交流伺服壓力機類型有： 機械連桿伺服壓力機、曲柄多連桿伺服壓力機、直動式伺服壓力機、液壓式精密伺服壓力機和液壓式伺服壓力機等等；壓力機規格從40kN 到25000kN。其中，世界上最大的交流伺服壓力機為日本網野公司（AMINO）研制的25000kN 機械連桿伺服壓力機。在2005 年3月獲得了日本17 屆中小企業優秀新技術獎、新制品獎、優秀獎、技術經營特別獎等大獎。

目前，國內對于伺服壓力機的研究也日趨廣泛和深入。廣東工業大學孫友松教授等對直流伺服電動機直接驅動的機械壓力機進行了深入的研究；采用超大容量的電容構成的“電子飛輪”來替代傳統機械壓力機的飛輪。天津大學孟彩芳教授也研究了交流伺服混合輸入式機械壓力機。在第十四屆全國機構學學術研討會上；香港中文大學博士生何凱提出了一項新發明： 一種可控機械式金屬壓力機。機床由一個恒速電機與一個伺服電機聯合驅動；具有可控、節能、高效及精密等特點。杜如虛、金振林、郭為忠等對一種新型二自由度機械式可控壓力機申請了中國發明專利；機構由異步電機驅動齒輪和曲柄連桿傳動；由交流伺服電機控制，但慣性力平衡問題未得到解決。

3 開關磁阻伺服驅動技術及其在壓力機中的應用

開關磁阻電機（ Switched Reluctance MotorDrive；簡稱SRD） 是上世紀80年代初發展起來的一種新型調速驅動系統；具有結構簡單可靠；調速性能優良；在寬廣的調速范圍內具有較高效率；可以在較小的電流下實現啟動和頻繁正反轉；實現高精度、快響應、高效率和高輸出的性能指標。其轉矩電流明顯高于大多數電機；它不用永磁材料；優勢明顯；已成為直流電機調速、無刷直流電機調速和交流電機調速等系統強有力的競爭者；引起各國學者和企業界的廣泛關注。經過20多年的研究與發展；目前SRD已開始應用于制造業、航空和家用電器等各個領域，處于全面商品化階段。

4 結束語

自動化以及智能化是目前現代工業生產的主要發展方向，其水平的提高是現代建設的追求，而伺服壓力機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的性能，并且成為了設備發展新的方向。國內在設備生產領域中受到了多因素的限制和制約，首先容量是一方面、另外扭矩大且轉速低都會限制交流伺服的技術發展，以及這種技術的推廣。而開關磁阻在電動機中的應用使得電動機具有很明顯的優勢，因此這種技術在壓力機發展中起到了推動的作用，在研制開關磁阻電機中可以直接對伺服壓力機進行驅動，因此目前階段中我國的壓力機在行業技術的水平上還有待提高。伺服壓力機可大大提高設備的自動化、智能化水平；改善壓力機的工作特性；是新一代成形設備的發展方向。目前；國內受高容量、大扭矩、低轉速交流伺服驅動技術的制約；限制了該技術在壓力機上的推廣應用。鑒于開關磁阻電動機的明顯優點；將開關磁阻電機應用于機械壓力機領域；研制開發開關磁阻電機直接驅動伺服壓力機；對現階段我國壓力機行業技術水平的提升是極其必要的。