變頻調速與伺服控制在高速沖壓機上的應用

近年來，我國鍛壓機在工業自動化進程中已不再是通過產品結構、精度等容易量化的技術指標來評價壓力機性能，而是更加注重壓力機的自動化、智能化、柔性化等更高技術層面。數控技術（NC）的應用，打破了傳統單一機電結構、單一機電傳動、單一機電控制的落后技術。而發展高速、精密、大型加工技術裝備已成為勢不可擋的新趨勢。數控壓力機（C N C）已由原來的二軸控制、單機聯動，向五軸聯動和復合加工壓力機（加工中心）、柔性生產線快速發展。

本文僅就沖壓設備——沖壓機主要功能滑塊行程次數也就是沖頭工作速度，由低速到高速方面作一淺述。下表所示為由傳統的通過變速方式、機電結構三級傳動，發展成為現在的由電機變頻高速和伺服驅動高速技術。

機電傳動速比與電機調速對比表（S·P·N）

傳統機械沖壓機進行板料沖壓時由于工作模式固定，運動特性單一電機帶動飛輪經離合器帶動曲柄連桿的旋轉變成滑塊直線往復運動，其工藝適用性差，無法滿足不同材質、不同沖壓工藝對沖頭滑塊工作曲線柔性可調的要求。

近年來，由于電器電子技術、微電子技術、控制技術和計算機技術的飛速發展，各種電機調速與伺服控制技術在沖壓機上的應用也發展速猛?！半娮语w輪”替代傳統機械飛輪的沖壓機也越來越普及。那么，現代沖壓機是如何實現電機調速和驅動控制的呢？

研究表明，沖壓機多采用三相交流電動機為動力源。那么沖頭滑塊的速度決定于電機轉速，而電機轉速一般是根據電機不同極對數而決定不同的額定轉速。那么傳統機械傳動方式，通過電機帶動多級齒輪比方案遠不能滿足現代沖壓工藝要求高速精密的技術要求。

三相交流電機的調速途徑有以下三種方式：一是改變三相交流電機的頻率；二是改變三相交流電機的極對數；三是改變轉差率。當前采用變頻調速的技術已比較成熟、普遍。變頻調速方式適用于籠型異步電機，繞線轉子異步電動機和交流同步電機，可以實現沖床中高壓電機的轉速控制（見附圖）。

變頻調速方式

變頻調速中變頻器有軟啟動功能，可以實現無級調速。大幅減少了電機啟動時對電網的沖擊，可減少起動時機械部件所造成的沖擊，當轉速要求較低時，也較大幅減小電機的運行功率，從而實現節能的目的，加上變頻起動后對沖壓機設備的沖擊減少，能夠實現緊急停止和緊急啟動。且設有合理的轉速追蹤算法，使變頻器在電機沒有停車的情況下自動追蹤其當前的頻率，在電機慣性運轉時可以順利地啟動而無故障。

變頻器控制方式可以分為兩種，即開環控制和閉環控制。開環控制有V/F控制方式，閉環控制有矢量控制方式。

隨著交流永磁同步伺服電機和交流異步伺服電機的誕生以及數控系統（CN）、可編程序控制器（PLC）的出現，伺服驅動的沖床也由目前的小功率向中高功率方向迅猛發展。這種伺服沖床與傳動機械沖壓機相比具有結構簡單，滑塊運動柔性好，在制品精度高，以及節約能源降低噪聲等優點。

交流伺服系統的執行元件一般為電機和功率變換器件通常采用智能功率模塊1PM。所采用的驅動電機主要有兩種類型：一是永磁同步（SM）型電機交流伺服系統；二是感應式異步（1M）型電機交流伺服系統。其中，永磁電機交流伺服系統在技術上已趨于成熟，具有優良的低速性能，并可實現弱磁高速控制，拓寬了系統調速的范圍，適應了高性能伺服驅動的要求，隨著永磁材料性能大幅提高和成本價格的降低，其應用越來越廣泛，目前已成為伺服系統的主流。

目前以日本會田（AIDA）和山田（DOBB）公司為代表的這類沖床已在日本進入普及期。最高速可過4000S·P·N。以上高速沖壓機問世。最新報道被稱之謂第三代沖壓機。

綜上所述，電機調速和伺服驅動可大幅提高沖壓機自動化、智能化、柔性化水平，是今后沖床發展的方向。但目前國內大容量、大扭矩、低轉速交流伺服技術較為滯后，限制了該技術在沖壓機上的推廣應用?，F有研制開發開關磁阻電機直接驅動伺服沖壓機的發展前景十分廣闊。