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1、精品课程材料成形装备及自动化第三章 （3.7）华中科技大学材料科学与工程学院School of Material Science and Technology ， HUST华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程本章主要内容概述 液压成形装备 精冲压力机 多工位压力机 数控冲压装备 伺服压力机 塑性成形自动化第3章金属塑性成形装备及自动化华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机目前许多生产线上大量使用的是机械式压力机, 近年随着 科技的发展，市场对高精度、高质量、低价格产品的需求越
2、 来越大，用于制造产品的材料越来越丰富，制造业的国际竞 争越来越激烈。制造业对于能够缩短制造周期，高效率制造 高精度、高品质产品的加工设备的需求越来越强烈。新型材料的出现以及产品形状趋于复杂，还需要开发出能 够高精度加工复合材料、难加工材料、具有可进行复合加工 功能的高附加值加工的压力机。华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机 近年来随着交流伺服电机驱动成形装备技术的发展，国际上出 现了各种与传统压 力机完全不同概念的、滑块运动曲线可调的 交流伺服驱动压 力机； 该压力机的工作性能和工艺适用性大大提高，设备朝着
3、柔性化 、智能化的方向发展，一般在国际上称为“数字伺服压力机” （digital servos-press）。 它是由交流伺服电机驱动，能够利用数控装置控制伺服电机的 运动，实现为 各种冲压工艺设定最合适的滑块运动模式，可由 操作人员自由决定滑块的运动速度和滑块行程。 该伺服压力机仍然保持了作为母机的高刚性、高精度和高做功 能力，并具备机械压力机和液压机所具有的优点，华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服系统 (servo system)概念伺服系统以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。在数控机床中，
4、伺服系统主要指各坐标轴进给驱动 的位置控制 系统。接受来自CNC装置的进给脉冲，经变换 和放大，再驱动各坐标轴 按指令脉冲运动。伺服电机驱动主要由CNC、伺服控制软件、功率放大、电机、传 感器构成。运动指令和报警处理在CNC中进行。华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化在塑性加工领域，出现将切削加工领域的CNC伺服控制技 术应用于压力机加工。动力源从液压传动 向电动、驱动方式 从机械向伺服控制的方向发展的趋势。用伺服电机驱动的目 的是提高压力加工装备的高附加价值、高精度，同时还要实 现低噪音、节能等绿色制造。3.7 伺服压力机用伺
5、服电机驱动 的压力机华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机 为什么发展伺服压力机传统压 力机有哪些问题华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机 为什么发展伺服压力机传统压 力机有哪些问题华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机塑性加工对压 力机的要求塑性加工拉深加工减薄拉深加工提高成形极限 降低成形负荷抑制起皱的发生提高板厚精度模具结构复杂化 需要昂
6、贵的振动发生装置 选定振动参数条件过程繁琐华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服电机直接驱动 曲柄连杆和滑块的压力机齿轮AC伺服电机曲轴滑块传统曲柄压力机华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服电机直接驱动 曲柄连杆和滑块的压力机华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服电机直接驱动压 力机的控制面板华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材
7、料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服电机直接驱动压 力机滑块的运动模式滑块的曲轴运动模式行 程时间 滑块运动曲线华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服电机直接驱动压 力机滑块的运动模式滑块的柔性运动模式行 程时间 滑块运动曲线华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服电机直接驱动压 力机滑块的运动模式滑块的脉冲运动模式行 程时间 滑块运动曲线华中科技大学材料科学与工程学院EA
8、MP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服电机直接驱动压 力机滑块的运动模式滑块的整形运动模式行 程时间 滑块运动曲线华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机（a）传统 曲轴模式（b）低速 （软）模式（c）振动 （脉冲1）模式伺服压力机应用举例 冲裁加工 控制滑块在材料被冲剪开始断裂的瞬间降低运动速度 既不会大幅降低生产率又能实现 低噪声冲裁加工行 程 噪 声 / 分 贝 （dB）华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑
9、性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机冲裁开始点半冲裁行程最终冲裁行程回程量下死点滑 块 行 程伺服压力机应用举例 无毛刺冲裁加工 只要采用传统 的设置有反压装置的单次冲裁模具 采用程序运动模式只用一道工序就能冲出无毛刺的工件华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服压力机应用举例 无毛刺冲裁加工 采用滑块的程序运动模式冲裁得到的落料件及落料孔的切 口断面照片传统压 力机加工件伺服压力机加工件 落料孔切口 0.5mm 落料件切口落料件切口落料孔切口华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品
10、 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 拉深加工 在伺服压力机上，只需选择 可使滑块一边作低频振动一边下降的振动模式 并只用普通的模具即可很容易进行振动成形加工滑块运动曲线3.7 伺服压力机伺服压力机应用举例下降移动量 （Dd）上升移动量 （Ad）时间行 程华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服压力机应用举例 拉深加工 板厚为0.5mm的不锈钢 （SUS304） 用传统 方式拉深的拉深比为1.9，而当应用适当的振动成形 模式时，其极限拉深比可上升到2.0510mm传统 工艺拉深LDR=1.90振动拉深LDR
11、=2.05两种工艺拉深极限比较华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服压力机应用举例 减薄拉深加工 采用滑块振动模式与传统变 薄拉深比较，可大幅度提高拉深变薄率 铝材（Al 100）可提高到10%，不锈钢 （SUS304）可提高到25%华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机伺服压力机应用举例 减薄拉深加工 采用滑块振动模式与传统变 薄拉深比较，可大幅度提高拉深变薄率 铝材（Al 100）可提高到10%，不锈钢（SUS304）可
12、提高到25%传统 减薄拉深成形件 拉深变薄率：45.0%振动减薄拉深成形件 拉深变薄率：70.1% 在极限变薄拉深率下成形的圆筒形工件（SUS304）华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机日本公司开发的曲柄连杆式伺服压力机华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机最近由于开发出大扭矩伺服电机后，即推出了大型CNC 伺服压力机，有将液压增力机构与肘杆机构组合成的大型 伺服压力机；也有用于汽车制造业大型钣金加工的伺服压 力机，锻造用伺服
13、压力机和多工位伺服压力机等等，形成 了一股伺服化的潮流。继十几年前，日本网野公司率先推出了钣金加工用大型 伺服压力机之后，于2004年开发出了2400吨，2005年又开 发出了2500吨世界最大级的机械肘杆式伺服压力机，引起了国际上的关注。EAMP材料成形装备及自动化液压式大型伺服压力机 （ 2400吨）精 品 课 程螺杆式大型钣金加工伺服压 力机 （ 1300吨）华中科技大学材料科学与工程学院多工位肘杆式伺服压力 机 （400吨）3.7 伺服压力机金属塑性成形装备及自动化华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机
14、大型伺服压力机的传动结 构（1）传动形式一 其基本原理都是将伺服电机的旋转运动通过中间机构转换为 滑块的直线运动， 通过位移传感器检测滑块的运动来实现闭环 控制。华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程 混合传动机构，伺服电机的旋转运动通过皮带传到球形螺杆。 球形螺杆往复运动变成连杆机构的摆动，随着连杆的摆动，滑块也跟着上下运动。 这种传动方式可以制造出较大吨位的压机，它的运动柔性与传动型式一类似。 因采用连杆机构，它的负载特性随滑块位置而变化，与机械压力机类似。第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机 （2）传动形式二华中科技大学材料科学与工程学院E
15、AMP材料成形装备及自动化精 品 课 程这种驱动机构采用单个伺服电机，也是一种混合传动机构，伺服电机通过 皮带将运动传给 偏心轴。这种结构与上述两种不同。伺服电机不用反转滑块就 能上下运动. 这种结构适于高速连续运转的机器。第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机 （3）传动形式三华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程 这种驱动机构伺服电机丝杆将运动传给 肘杆，将力放大推动滑块运动。 这种结构适于大型拉深加工。第3章金属塑性成形装备及自动化 3.7 伺服压力机 （3）传动形式四华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精 品 课 程与
16、常规机械压力机比较，伺服压力机具有的明显优势 高生产率。保留了曲柄压力机的优点，生产率远高于液压机。伺服压力机可根据工件 的不同，调整滑块行程，在一个工作循环中，曲柄无须完成360旋转，而仅进 行一定角 度的摆动 来完成冲压工件，最大限度地减少了空行程，缩短了循环时间 ，提高了生产率。 高精度。通过位移检测传 感器的闭环 反馈控制，始终能够保证下死点的精度在微米级 变化，从而保证了压力机的闭合高度在生产过 程中的精确稳定，减小了毛刺出现的机会， 提高了产品合格率。 低噪音。可以设计 出特殊的工作特性曲线，控制冲裁时冲头的速度，从而减少冲裁的 振动和噪音，提高模具使用寿命。 高柔性。由于其伺服功能，滑块运动曲线不再仅仅 是正弦曲线，而是可以根据工艺要 求进行优化设计 的任意曲线。可以在控制器中预存适于冲裁、拉深、压印、弯曲等工艺以 及不同材料的特性曲线，使用时，不同工艺、不同材料
