SPT伺服直驱压力机技术

2013-08-08徐海华西班牙法格塞达公司

锻造与冲压 2013年18期

文/徐海华·西班牙法格塞达公司

SPT伺服直驱压力机技术

文/徐海华·西班牙法格塞达公司

西班牙法格塞达公司（以下简称法格塞达）是全球领先的钢板冲压及剪裁设备制造商，位于西班牙北部毗邻法国的巴斯克自治区。巴斯克自治区是西班牙最重要的工业基地之一，其境内分布着众多全球知名机床制造企业。法格塞达的产品广泛应用于汽车及零部件制造、钢铁加工及贸易、白色家电生产等不同行业。除此之外，法格塞达的产品线也衍生到了钢板冷轧和锻件成形等领域。法格塞达的全自动冲压线，大型多工位压力机，开卷落料线在全球市场具有很高的知名度。法格塞达公司在中国昆山建有装配工厂，制造压力机和部分剪切线设备，同时承担法格塞达公司全系列产品在中国的售后服务。

伺服压机的发展与应用

欧盟新版机械指令2006/42/EC中，对机械的定义是：一个由非人力或其他动物力驱动，或者是装有驱动系统，由若干零部件组成的且至少一个零部件可以运动的，用来完成特定用途的设备。从定义上不难看出，驱动系统在机械设计中的重要性，其尺寸、功能、传输系统和控制等方面直接影响了机械的性能和功能。

目前，机械行业内主要有2种驱动方式，即液压驱动和电机驱动。液压驱动主要用于对压力要求很高但不追求速度的设备，如液压机、注塑机等。液压驱动可不配备传输系统，但最大障碍是维修方面的问题，如机油更换、过滤器泄漏、密封件更换等。而电力驱动由于其简单性和通用性，目前应用最为广泛，应用于不同类型的机械设备，如铣削、研磨、堆垛系统、组装线等。但电力驱动也并非完美，由于需要靠耦合和传输系统将旋转运动转换成线性运动，因此对电动马达的速度和转矩产生了限制，从而限制了实际用途。

近年来，伺服技术的发展和崛起成为了机械控制系统设计的一个转折点，法格塞达，早已进行此项技术的深入研究。将先进的伺服技术运用于柔性和可编程机械设备，使用高性能的伺服电机替代了液压缸和/或复杂的机械传动系统，从而设备拥有更为卓越的性能，在速度和准确性方面有了很大的提高。

图1 伺服直驱解决方案

SPT伺服压机技术

2006年，法格塞达在西班牙毕尔巴鄂机床双年展上展出了首台伺服压机，如图2所示，吸引了众多冲压企业的关注。

图2 法格塞达首台伺服压机

伺服压机的优势

完全柔性化

伺服电机的速度和压力可自行配置，在不损失生产压力的情况下，可运用于不同的流程和部件。目前，法格塞达的伺服压力机能够运用于冲压联线，多工位压机，开卷落料线，级进模压机或试模压机。这是一个竞争优势，相同的投资可运用于不同的设备，生产制造完全不同特性的部件。伺服调速手轮如图3所示。

图3 伺服调速手轮

高产能>

所需的路径编程完毕之后，上下行程可以得到优化，最终获得最高的生产效率，利用电机容量提高压力机外围设备和工件传送设备同步安装的生产率。针对过长的压机行程，也可以采用钟摆运动模式提高压机工作节奏和生产率。闭合状态下可对滑块进行控制，使用额定转矩在1GPM的速度下能够进行模具调整，这两个方面的实现降低了准备和调整时间，从而提高了零件的加工精度和质量。

提高冲压质量

拉深过程中可选择适合的速度和力量来实现部件的高质量和高生产率，这是伺服压机的另一个主要优点。降低矩阵和模具间的冲击速度，延长模具寿命的同时也降低了噪音水平。这项独特功能已成功地应用到压机结构，能够适应各种流程，以确保高水平的生产力，针对高强度钢的拉深和切割。

优化的内存参数

伺服压机的应用可以优化内存参数，具有可靠性、可用性和可维护性的特点。减少或删除易损项目，从而改善机械行为，也大大简化了维护任务。伺服压机和液压机就柔性方面比较的话，伺服压机去除了液压单元、液压缸和液压阀，优势更为突出。

降低运行成本

虽然由于驱动器的成本和减速齿轮运动链的原因，伺服压机最初的投资相对较高，但是鉴于伺服压力机的高柔性、高生产力、节能和少维护，所以摊销期限非常短。可以说，伺服压机的应用，有效地降低了运行成本。

新工艺的发展

伺服压力机通过高价值的制造系统，使欧洲经济进一步发展，在这个过程中发挥了积极的作用。新的制造工艺和材料往往需要通过某些功能和高节奏下难以想象的曲线，包括行程中各个点滑块的停止和过程中的反转旋转来实现，而伺服压力机都能做到。目前可采用伺服压力机的新工艺中，有热成形、锻造和试模。

机械结构

法格塞达的伺服压力机技术SPT，在机械机构内使用伺服电机，根据其性能，设计传动系统配有减速或偏心齿轮。该架构使伺服压力机能够做到：1、2或4根连接顶杆；配置最多8台伺服电机；适合开卷落料线，级进模，多工位和伺服压力机联线；安全制动器安装在电机主轴上，能够实现快速响应紧急情况或激活模具区域的保护装置。

变速箱或齿轮减速机械架构与实例

如果不控制生产的节拍和特点的合理性，使用高功率驱动器将毫无价值。法格塞达率先使用高等级的控制平台，几毫秒内关闭循环，从而很好地控制速度和力量分布，确保设施的能力。变速箱或齿轮减速机械架构如图4所示。

监控

伺服压力机和传统的机械式压力机主要区别在

于压机的监控和编程系统，如图5所示。传统压力

机过程调整的变量十分简单，即行程调整、高速冲

压，在某些情况下滑动更换。而伺服压力机由于高

位调整电源，会更加复杂，表现为可编程行程、变

速周期、上下死点调整、工作轮廓、停机时间、电

子凸轮同步模具元件等。

图4 变速箱或齿轮减速机械架构

图5 用户CNC屏幕

为了优化法格塞达伺服压机的调整功能和编程功能，建立了监控系统，使用向导简易数控处理，预编程冲压最常见的曲线为：开卷落料→连杆驱动→偏心→触变→摆动。

能源管理

为了提高伺服压力机的能源利用率，使用3个可选的补充技术测量;在再生资源方面，减少了安装损耗，因为压机制动时能源回到网络中；在伺服压机驱动之间的能源交换方面，驱动有补充能量循环，如一个作为电机工作和另一个在发电机模式下工作，法格塞达可采用调整的方式来提高驱动器的能量平衡，见图6；在临时储能系统方面，新系统能满足发电水平需求的变化。目前，蓄能有着不同的技术，如电池、飞轮、电容器或超容量储存电能。但每个储能技术都有着不同的特点和应用范围。如图7所示，为4个系统的操作范围，在功率密度、能量密度和充电/放电时间的曲线。

瞬态能量存储最显著的解决方案，是能够支持电能消费高峰的能源供应，并且不必配备特大型电力供应设备或安装大型变压器，法格塞达2个补充选择措施可实现：

⑴电容器组。电容器组安装于电源供应器与伺服电机之间，使用伺服马达的能量进行蓄能，在高需求的时间放电，防止网络本身需要负责提供所有所需的能量，并保证了用电高峰的供能。该电容器模块由一个在线模块控制，该模块是负责控制充电和放电时间。