SPT伺服直驅壓力機技術

文/徐海華·西班牙法格塞達公司

SPT伺服直驅壓力機技術

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）是全球領先的鋼板沖壓及剪裁設備制造商，位于西班牙北部毗鄰法國的巴斯克自治區。巴斯克自治區是西班牙最重要的工業基地之一，其境內分布著眾多全球知名機床制造企業。法格塞達的產品廣泛應用于汽車及零部件制造、鋼鐵加工及貿易、白色家電生產等不同行業。除此之外，法格塞達的產品線也衍生到了鋼板冷軋和鍛件成形等領域。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備，同時承擔法格塞達公司全系列產品在中國的售后服務。

伺服壓機的發展與應用

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動，或者是裝有驅動系統，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備。從定義上不難看出，驅動系統在機械設計中的重要性，其尺寸、功能、傳輸系統和控制等方面直接影響了機械的性能和功能。

目前，機械行業內主要有2種驅動方式，即液壓驅動和電機驅動。液壓驅動主要用于對壓力要求很高但不追求速度的設備，如液壓機、注塑機等。液壓驅動可不配備傳輸系統，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備，如銑削、研磨、堆垛系統、組裝線等。但電力驅動也并非完美，由于需要靠耦合和傳輸系統將旋轉運動轉換成線性運動，因此對電動馬達的速度和轉矩產生了限制，從而限制了實際用途。

近年來，伺服技術的發展和崛起成為了機械控制系統設計的一個轉折點，法格塞達，早已進行此項技術的深入研究。將先進的伺服技術運用于柔性和可編程機械設備，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，從而設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 伺服直驅解決方案

SPT伺服壓機技術

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的關注。

圖2 法格塞達首臺伺服壓機

伺服壓機的優勢

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。這是一個競爭優勢，相同的投資可運用于不同的設備，生產制造完全不同特性的部件。伺服調速手輪如圖3所示。

圖3 伺服調速手輪

高產能>

所需的路徑編程完畢之后，上下行程可以得到優化，最終獲得最高的生產效率，利用電機容量提高壓力機外圍設備和工件傳送設備同步安裝的生產率。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奏和生產率。閉合狀態下可對滑塊進行控制，使用額定轉矩在1GPM的速度下能夠進行模具調整，這兩個方面的實現降低了準備和調整時間，從而提高了零件的加工精度和質量。

提高沖壓質量

拉深過程中可選擇適合的速度和力量來實現部件的高質量和高生產率，這是伺服壓機的另一個主要優點。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構，能夠適應各種流程，以確保高水平的生產力，針對高強度鋼的拉深和切割。

優化的內存參數

伺服壓機的應用可以優化內存參數，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。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，優勢更為突出。

降低運行成本

雖然由于驅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、高生產力、節能和少維護，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。

新工藝的發展

伺服壓力機通過高價值的制造系統，使歐洲經濟進一步發展，在這個過程中發揮了積極的作用。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旋轉來實現，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。

機械結構

法格塞達的伺服壓力機技術SPT，在機械機構內使用伺服電機，根據其性能，設計傳動系統配有減速或偏心齒輪。該架構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線；安全制動器安裝在電機主軸上，能夠實現快速響應緊急情況或激活模具區域的保護裝置。

變速箱或齒輪減速機械架構與實例

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

監控

伺服壓力機和傳統的機械式壓力機主要區別在

于壓機的監控和編程系統，如圖5所示。傳統壓力

機過程調整的變量十分簡單，即行程調整、高速沖

壓，在某些情況下滑動更換。而伺服壓力機由于高

位調整電源，會更加復雜，表現為可編程行程、變

速周期、上下死點調整、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

圖5 用戶CNC屏幕

為了優化法格塞達伺服壓機的調整功能和編程 功能，建立了監控系統，使用向導簡易數控處理，預編程沖壓最常見的曲線為：開卷落料→連桿驅動→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絡中；在伺服壓機驅動之間的能源交換方面，驅動有補充能量循環，如一個作為電機工作和另一個在發電機模式下工作，法格塞達可采用調整的方式來提高驅動器的能量平衡，見圖6；在臨時儲能系統方面，新系統能滿足發電水平需求的變化。目前，蓄能有著不同的技術，如電池、飛輪、電容器或超容量儲存電能。但每個儲能技術都有著不同的特點和應用范圍。如圖7所示，為4個系統的操作范圍，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備或安裝大型變壓器，法格塞達2個補充選擇措施可實現：

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，防止網絡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、儲能電機和傳統壓機的主驅動之間的能源交換

圖7 4個系統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，能夠以旋轉的形式儲存能量。作為電容器組，基于相同的技術以同樣的方式，在電驅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，可直接驅動和減少元件受損。

⑵驅動之間的臨時能源存儲系統和能量優化，包括電容，飛輪，驅動之間的能源再生和管理等。

⑶標準機械結構，如傳動系統，過載系統，安全制動等。

⑷數控觸摸屏控制平臺，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。