文／馮瑞·包米勒（上海）自動(dòng)化設(shè)備貿(mào)易有限公司

可擴(kuò)展的包米勒伺服沖床解決方案

文／馮瑞·包米勒（上海）自動(dòng)化設(shè)備貿(mào)易有限公司

過(guò)去多年，占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位的沖床一直是液壓沖床和機(jī)械沖床這兩種類型，而最近伺服沖床作為第三種類型正在嶄露頭角。與傳統(tǒng)的兩種沖床相比，伺服沖床在諸多方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)。

正是得益于直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)，伺服沖床才真正具有能夠替代液壓沖床和機(jī)械沖床的能力。液壓沖床的優(yōu)點(diǎn)是壓力傳遞效率高，同時(shí)還可調(diào)節(jié)壓力和沖壓速度，而其缺點(diǎn)是能耗大、維護(hù)成本高、動(dòng)態(tài)性差以及有限的生產(chǎn)能力。

相反，機(jī)械沖床的優(yōu)勢(shì)是大大增強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性和大幅提高的生產(chǎn)能力，但其缺點(diǎn)在于機(jī)械設(shè)計(jì)的復(fù)雜性以及有限的壓力。此外，機(jī)械沖床的沖壓流程不易控制，靈活性差，從而導(dǎo)致機(jī)械沖床用戶陷入兩難境地，即必須在生產(chǎn)率和質(zhì)量之間割舍其一。速度快使沖程次數(shù)增加，但是快速擊打材料又往往會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題。此外，機(jī)械沖床的工作原理較為死板，這又大大限制了產(chǎn)品的多樣性。而在調(diào)試模具時(shí)，因?yàn)闆_床生產(chǎn)速度過(guò)高，會(huì)對(duì)模具造成損傷，所以還必須單獨(dú)采購(gòu)試模機(jī)。

伺服沖床方案

隨著電機(jī)效率的不斷提高，伺服沖床在許多領(lǐng)域成為了更加明智的選擇。伺服沖床將可調(diào)節(jié)性與動(dòng)態(tài)性有機(jī)結(jié)合在一起，而這是傳統(tǒng)沖床無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。目前，采用包米勒方案可生產(chǎn)壓力最高達(dá)2500t的伺服沖床。

在全球范圍內(nèi)，越來(lái)越多的沖床制造商采用包米勒提供的高性能力矩電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、控制系統(tǒng)和軟件。包米勒伺服沖床方案尤其可針對(duì)生產(chǎn)周期、生產(chǎn)質(zhì)量、模具磨損、能耗及環(huán)保性進(jìn)行深度優(yōu)化。

縮短周期

如圖1所示，伺服沖床與普通機(jī)械沖床不同，該類型機(jī)床可隨時(shí)調(diào)節(jié)滑塊的速度、位置和方向，控制系統(tǒng)可以精確計(jì)算沖床壓力，使得整個(gè)沖程都能達(dá)到所需壓力。在擺動(dòng)沖程中，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)并不是做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，而是不斷地改變旋轉(zhuǎn)方向，從而在最大程度上降低沖床的提升高度。這些方法可大幅縮短生產(chǎn)周期，從而大幅提高生產(chǎn)率并且擴(kuò)展產(chǎn)品類型。使用伺服技術(shù)使得沖床即使在較高的生產(chǎn)速度下也能夠達(dá)到嚴(yán)苛的質(zhì)量要求。滑塊以最高速度運(yùn)行時(shí)，在即將到達(dá)發(fā)力點(diǎn)前制動(dòng)，在沖壓材料時(shí)達(dá)到最佳加工速度。因此，用戶不再需要在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率之間做出取舍。此外，受控的制動(dòng)還會(huì)降低模具磨損和噪聲。

圖1 機(jī)械壓力機(jī)和伺服壓力機(jī)對(duì)比

由于伺服沖床的速度可自由調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)用沖床上可以直接進(jìn)行模具磨合，從而無(wú)需再采購(gòu)試模機(jī)。

免維護(hù)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

在沖床上采用直驅(qū)系統(tǒng)將力矩電機(jī)與曲柄直接相連，這樣不僅可以免去易損件的使用，還可以精確計(jì)算沖壓能量，由此大幅降低了維護(hù)成本并且提高了設(shè)備的效率。

優(yōu)化的控制系統(tǒng)

在控制系統(tǒng)層面上，包米勒為伺服沖床方案開發(fā)了一套使用方便的可視化界面，以及用于控制高效沖壓的技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)內(nèi)置的曲線生成器，控制器能自動(dòng)生成經(jīng)過(guò)優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)曲線。在擺動(dòng)模式下，用戶還可自行確定擺動(dòng)點(diǎn)。在數(shù)據(jù)庫(kù)中有各種預(yù)定義曲線可供用戶選擇，用戶還可以自定義所需要的運(yùn)動(dòng)曲線，這樣可節(jié)約創(chuàng)建不同沖壓工藝曲線的時(shí)間。用戶還可以直接通過(guò)智能手機(jī)或平板電腦調(diào)出設(shè)備的狀態(tài)或診斷信息。

控制電流峰值

伺服沖床應(yīng)用對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出的一大挑戰(zhàn)是滑塊位于沖壓點(diǎn)時(shí)所出現(xiàn)的電流峰值。此時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)需要非常大的力矩以便生成所需的沖壓力，并在一定工況下時(shí)保持此沖壓力。因此，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不能夠僅從額定力矩這個(gè)參數(shù)來(lái)考慮選型，而要基于峰值力矩來(lái)進(jìn)行評(píng)估。為了能夠滿足如此高的要求，包米勒專門研發(fā)了多繞組電機(jī)。此外，包米勒還擁有各種電流等級(jí)的伺服驅(qū)動(dòng)器，其中b maXX 4000系列和b maXX 5000系列涵蓋了適用于伺服沖床的峰值負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，如圖2所示。

圖2 高效伺服沖床解決方案

液壓沖床必須始終維持液壓油壓力，而傳統(tǒng)機(jī)械沖床則要始終驅(qū)動(dòng)飛輪。伺服沖床只有在實(shí)際的沖壓過(guò)程中才真正耗能。此外，包米勒驅(qū)動(dòng)器b maXX 4000和b maXX 5000系列在工作過(guò)程中還可以回收制動(dòng)能量，以此達(dá)到節(jié)能效果。