材料成形装备及自动化 第3章-3.7.ppt

叶春生 主讲,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,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。,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，,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，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。,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,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。,用伺服电机驱动的压力机,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,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,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,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,传统曲柄压力机,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,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,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,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,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,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,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,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,噪 声 / 分 贝 （dB）,行程,（a）传统 曲轴模式,（b）低速 （软）模式,（c）振动 （脉冲1）模式, 冲裁加工,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,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,滑 块 行 程,只用一道工序就能冲出无毛刺的工件,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,0.5mm,传统压力机加工件,伺服压力机加工件,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,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,下降移动量 （Dd）,上升移动量 （Ad）,时间,行 程,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2.05,传统工艺拉深 LDR=1.90,振动拉深 LDR=2.05,两种工艺拉深极限比较,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%,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%,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）,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,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。,精 品 课 程,液压式大型伺服压力机 （ 2400吨）,螺杆式大型钣金加工伺服压力机 （ 1300吨）,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,精 品 课 程,（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。,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.7 伺服压力机,大型伺服压力机的传动结构,工作台,伺服压力机传动示意图一,滑块,机架,伺服电机,传动皮带,球型螺杆,精 品 课 程,（2）传动形式二 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,伺服压力机传动示意图二,机架,工作台,滑块,连杆,传动皮带,伺服电机,球型螺杆,精 品 课 程,（3）传动形式三 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,伺服压力机传动示意图三,伺服电机,传动皮带,传动齿轮,偏心轴,连杆,滑块,精 品 课 程,（3）传动形式四 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,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AMINO公司的大型伺服压力机,精 品 课 程, 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、不同材料调用不同曲线。这就大大提高了压力机的加工性能，扩大了加工范围。其加工性能完全可以与液压机媲美。 节能。由于伺服压力机没有离合器，驱动部分部件少，润滑油的消耗量也极少，所以运行成本大幅减小，是一种环保节能型压力机。伺服压力机较常规压力机节能30%以上。,与常规机械压力机比较，伺服压力机具有的明显优势,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.7 伺服压力机,精 品 课 程,用伺服压力机进行汽车覆盖件成形,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.7 伺服压力机,日本网野公司在其开发的2500吨机械式连杆伺服压力机上，采用变速率加工模式进行汽车侧板 滑块在空行程时高速下行，成形开始前减速, 成形开始后高速加工，加工完成后高速回程。 实验证明：应用镀膜或不镀膜的普通金属板材或合金铝板材都能够达到既提高了生产率又大幅提高了材料的成形性，还可提高模具寿命。,精 品 课 程,用伺服压力机进行汽车覆盖件成形的生产线,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.7 伺服压力机,精 品 课 程,小结,第3章,金属塑性成形装备及自动化,3.7 伺服压力机,从实际生产应用看，伺服压力机比传统压力机节能50%以上，冲裁噪声大幅度下降，是一种节能环保型压力机 由于其在加工铝合金板材、高强度钢板、非等厚焊接钢板的成形方面有独特的优势，为新材料的应用、推广以及汽车轻量化降低能耗方面提供了重要的技术手段 为新工艺新技术的开发提供一个创新的平台 可以预见，伺服压力机将会取代传统机械式压力机而成为塑性加工装备的主流,