伺服冲床的构造及使用方法全析（连载十二）

文/ 张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇·日本小松技术士事务所

伺服冲床的构造及使用方法全析（连载十二）

文/ 张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司

小松勇·日本小松技术士事务所

关于伺服冲床的构造及使用方法的论述到这一期已经一年了，在这里我们要重新归纳一下伺服冲床的特点，并对今后伺服冲床的发展动向进行再思考、再认识。

至今为止伺服冲床只有20年左右的历史，与机械式冲床130年的历史相比还非常短暂，还有很大的改进和发展的空间。自1960年微型IC磁片问世以来，50多年来冲床的变化从来没有停止过，从驱动方式、检测能力、反馈速度等方面都以极快的速度发展着，冲压机械将迎来技术的大变革时代。发生变化的不仅只有冲压机械，被用来进行冲压加工的材料也在变化，材料晶粒度的细化使得成形性能显著提高，即使是一般的曲轴冲床也可以得到很好的成形。但是只靠材料性能的提高和冲压机械的改善还远远不能满足加工需求的不断提高，而伺服冲床的出现使冲压技术真正地实现了突破性的进展。

伺服冲床与传统冲床的再对比

伺服冲床可以任意设定和改变加工过程中的速度，与传统冲床相比的优势如下：

⑴大大提高了成形品的拉伸精度。

⑵减少了加工成品的皱褶、破损等。

⑶减少了对模具的损伤，也就减少了模具的保养及修理次数，从而提高了模具的寿命。

⑷用传统冲床不能做到的板材锻造，用伺服冲床可以实现了。

⑸加工中的振动和噪音大幅度降低，改善了以往冲压工厂恶劣的工作环境。

⑹降低了电力损耗、节省了能源消耗，提高了经济效益。

⑺没有了传统冲床的离合制动器的磨损问题，节省了这方面检验和修理所需要的人力、物力、财力。

⑻要得到品质优良的拉伸成形零件就需要对缓冲装置的压力以及顶销进行很细微、精确的调节，而伺服冲床可以使这些调节变得十分简单、便捷。

⑼传统冲床在每一次换模后都需要进行微调整，费时费力。使用了伺服控制的冲床可以在换模后立刻生产出合格的产品。

⑽试模或模具更换后，模具调整时使用的“寸动运转”需要较高的操作技能，而伺服冲床做模具调整时可以做到每一次0.01mm的微动操作，使模具的调整操作变得简单、方便。

⑾传统冲床的曲轴频繁地改变运转方向是比较困难的，伺服冲床可以简单地实现微动的正反转变化。除此以外还有一些其他的效果。

如表1、2所示，列举了伺服冲床的特征以及

与传统冲床的对比。在这里拿来与伺服冲床进行比较的是指有飞轮的机械式冲床，由于两者在驱动方式上的差异使得伺服冲床表现出非常优良的特征。

■表1冲压机械的驱动方式和构造特征比较

■表2驱动方法和滑块运转模式比较

从表1和表2中可以看出伺服冲床有很多优势，在冲压生产中能够达到最好的效果。但是并不是说伺服冲床是万能的，还需要冲床的使用者详细了解冲床的特性，使其性能得到最好的发挥。

伺服冲床的大型化、大能力化和高速化

伺服冲床的大型化

最近伺服冲床的公称能力已经达到了40000～50000kN。由于现在伺服电机的最大输出功率是400kW，因此伺服冲床不会单纯地向大的方向发展，而是使用几台输出功率为200～400kW的伺服电机共同驱动一台冲床，这样会使伺服冲床的生产能力加大。

一台伺服电机上装有一个带有驱动轴的小齿轮，再用几个这样带有驱动轴的小齿轮回转一个大齿轮的方式。也有用4根驱动轴（使用4台伺服电机）来驱动一个主齿轮的方式得以实现。

由于伺服电机属于同步电机，不论是同时驱动数台伺服电机，还是用一台作为主机使其发出指令来控制其他几台电机，都可以达到同步运转功效。

如图1、2所示，都是双点（两个曲轴、两点无曲轴）冲床的驱动实例，伺服电机和齿轮的组合方法为实现伺服冲床的大能力和大型化提供了技术条件。大型覆盖件加工成形时模具的前后左右尺寸都很大，需要冲床的滑块前后左右都能够加压，因此大型覆盖件加工成形用的四点冲床应运而生，而且已经得到了广泛的应用。

汽车的覆盖件加工生产线主要有两种形式，一种是4～6台前后排列，中间间隔4～6m。还有一种是无间隔并排连成一体。前者是在冲床与冲床之间设置多关节机械手实现加工物件的传递，后者是使用多工位搬运装置的生产方式。前后两种生产方式相比，实际生产中使用较多的是多工位搬运装置和冲床组合的方式。生产方式的选择要考虑成形方式、模具大小、模具交换方式、被加工件的搬运方式加工过程的监视、下脚料的清理、生产效率等因素具体要选择哪一种生产方式要根据使用厂家的整体生产技术水平和适应各自的实际生产需求来决定。

图1双点伺服冲床的驱动齿轮系列（4个电机、电器控制得以同步的方式）

制约伺服冲床向大能力化、大型化发展的因素

虽然伺服冲床向大能力和大型化发展是必然趋势，所受到的制约也很多。一般的汽车覆盖件成形加工使用的冲床的行程都要在800mm以上，有的可能会超过1200mm。在过去很长的一段时间内，汽车覆盖件的成形加工都没有实现自动化，无论是将材料送入模具的作业、还是从模具中取出成形品都是由人工来完成的。在非自动化的时代里设定冲床的行程长度时，只要保证行程是拉伸长度的2倍以上和模具的安装、拆卸方便即可，行程长度一般在500～700mm就足够了。从20世纪90年代初开始，随着技术的进步，生产自动化的实现，送料机及中间搬运需要深入到模具里面，为了避免送料或搬运装置与模具之间的干涉、滑块运转时间曲线等问题，使得冲床的行程长度逐渐变长。过去把材料送入模具中的作业和成形件取出的作业都是冲床停止在上死点的状态下实施的，为了在不停机的状态下进行这种送料、取件的作业，就采用了延长行程长度来争取时间的方法，这就是为什么有的冲床的行程长度会达到或超过1200mm的原因。追究造成行程长度如此之大的根本原因就是传统冲床必须以恒定的速度回转。

图2双点伺服冲床的驱动齿轮系列（4个电机与机械式得以同步的方式）

伺服冲床可以随意地改变速度，滑块可以在上死点附近缓慢回转，为自动化装置的运行争取了时间，也为减少冲床的行程长度创造了条件。而对那些不需要很大拉伸长度的零件来说，滑块可以在下死点前后做往复运动，冲床的曲轴可以不用每次都通过上死点做圆周运动，可以说自动化装置水平的提高也对伺服冲床的不断改进和发展起到了促进作用。

综合以上伺服冲床的特性可以看到在选择伺服冲床之前，首先要对自己的生产要求、生产方式等有一个清楚的认识，那么伺服冲床就会发挥出应有的性能。在现实中伺服冲床的性能不能得到发挥的例子也是有的，这是衡量模具技术、生产技术等相关人员综合实力的地方。

伺服冲床的高速化

在伺服冲床的规格范围内，操作人员可以任意设定滑块的运转模式，而完成这些模式的源头是伺服电机，它会受到变化速度应答性（也称为响应性，响应时间等）的制约。

伺服冲床的速度越高就越需要伺服电机有良好的应答性能，当伺服电机的应答性不好时，冲床的应变范围就会变得狭窄，也就会接近曲轴冲床的性能。

在冲床能力较小的时候，比如1000kN（100tf）、2000kN（200tf）的伺服冲床可以做到高速运转，当冲床向大型化和大能力化发展的同时，电机的转速就会变慢。因此伺服冲床的转速大多数还停留在50次/min或100次/min以下，在高速冲床上应用的还不是太广泛，即使使用了伺服电机和控制系统，其高速段的功效还远远不能实现。

结束语

冲压加工的三要素是冲压机械、材料和模具。在模具和材料进步显著的前提下，在冲压机械的技术进步中自动化的进步占据了显著的位置。伺服冲床从问世至今经历了20年，在世界各国已经得到了广泛的应用。让伺服冲床落户每一个冲压厂房只是一个时间问题，伺服冲床的普及是必然的趋势。伺服冲床的出现使传统曲轴冲床的优点和弱点更加清晰、明了，可以使人们在冲压工艺、设备和具体冲压过程中，有效地利用好传统冲床和伺服冲床各自的长项，取长补短，改善和提高冲压工艺水平。因此，在相当长的一段时间内，由于工艺、习惯、模具及技术、成本等方面的制约，尤其是成本制约，冲压行业在今后的一段时间会是传统冲压方式和伺服冲压方式的混合并存，这也是非常正常的现象。但是，我们相信在不远的将来，使用伺服冲床的领域、工艺环节和数量等的比重将会越来越多，这一定是大势所趋。

在我国伺服冲床才刚刚起步，生产的实例还很少，其优势还会不断地被发现，相对而言传统的曲轴冲床也会从伺服冲床的性能中得到启发，在性能上不断改进，因此又会推动伺服冲床向更加智能化的方向发展。

如今的伺服冲床还处于发展中，冲床的使用者对伺服冲床的要求和期望是伺服冲床发展进步不可缺少的因素。同时冲床的使用者能够充分了解冲床，才能使其发挥出应有的性能，这也是我们发表有关伺服冲床介绍连载的目的之一。我们会在明年的连载中，尽量多增加一些伺服冲床的应用实例，来分析和共享伺服冲床的优越性和普及的必要性。但愿能给我国锻压行业，冲压行业和技术加工制造业起到抛砖引玉的效果，共同关注和推动我国伺服冲压设备和伺服冲压加工的发展。

最后感谢本系列连载的各位读者，希望大家在冲压行业中不断钻研、不断努力、不断进步来促进我国冲压行业赶上世界的发展潮流，提升我国冲压行业从传统方式快速向自动化和智能化方向的转型。