可扩展的包米勒伺服冲床解决方案

文／冯瑞·包米勒（上海）自动化设备贸易有限公司

可扩展的包米勒伺服冲床解决方案

文／冯瑞·包米勒（上海）自动化设备贸易有限公司

过去多年，占据市场主导地位的冲床一直是液压冲床和机械冲床这两种类型，而最近伺服冲床作为第三种类型正在崭露头角。与传统的两种冲床相比，伺服冲床在诸多方面均具有明显优势。

正是得益于直接驱动系统的改进，伺服冲床才真正具有能够替代液压冲床和机械冲床的能力。液压冲床的优点是压力传递效率高，同时还可调节压力和冲压速度，而其缺点是能耗大、维护成本高、动态性差以及有限的生产能力。

相反，机械冲床的优势是大大增强的动态性和大幅提高的生产能力，但其缺点在于机械设计的复杂性以及有限的压力。此外，机械冲床的冲压流程不易控制，灵活性差，从而导致机械冲床用户陷入两难境地，即必须在生产率和质量之间割舍其一。速度快使冲程次数增加，但是快速击打材料又往往会导致质量问题。此外，机械冲床的工作原理较为死板，这又大大限制了产品的多样性。而在调试模具时，因为冲床生产速度过高，会对模具造成损伤，所以还必须单独采购试模机。

伺服冲床方案

随着电机效率的不断提高，伺服冲床在许多领域成为了更加明智的选择。伺服冲床将可调节性与动态性有机结合在一起，而这是传统冲床无法实现的。目前，采用包米勒方案可生产压力最高达2500t的伺服冲床。

在全球范围内，越来越多的冲床制造商采用包米勒提供的高性能力矩电机、伺服驱动器、控制系统和软件。包米勒伺服冲床方案尤其可针对生产周期、生产质量、模具磨损、能耗及环保性进行深度优化。

缩短周期

如图1所示，伺服冲床与普通机械冲床不同，该类型机床可随时调节滑块的速度、位置和方向，控制系统可以精确计算冲床压力，使得整个冲程都能达到所需压力。在摆动冲程中，传动结构并不是做完整的圆周运动，而是不断地改变旋转方向，从而在最大程度上降低冲床的提升高度。这些方法可大幅缩短生产周期，从而大幅提高生产率并且扩展产品类型。使用伺服技术使得冲床即使在较高的生产速度下也能够达到严苛的质量要求。滑块以最高速度运行时，在即将到达发力点前制动，在冲压材料时达到最佳加工速度。因此，用户不再需要在产品质量和生产率之间做出取舍。此外，受控的制动还会降低模具磨损和噪声。

图1 机械压力机和伺服压力机对比

由于伺服冲床的速度可自由调节，在生产用冲床上可以直接进行模具磨合，从而无需再采购试模机。

免维护直接驱动系统

在冲床上采用直驱系统将力矩电机与曲柄直接相连，这样不仅可以免去易损件的使用，还可以精确计算冲压能量，由此大幅降低了维护成本并且提高了设备的效率。

优化的控制系统

在控制系统层面上，包米勒为伺服冲床方案开发了一套使用方便的可视化界面，以及用于控制高效冲压的技术数据库。通过内置的曲线生成器，控制器能自动生成经过优化的运动曲线。在摆动模式下，用户还可自行确定摆动点。在数据库中有各种预定义曲线可供用户选择，用户还可以自定义所需要的运动曲线，这样可节约创建不同冲压工艺曲线的时间。用户还可以直接通过智能手机或平板电脑调出设备的状态或诊断信息。

控制电流峰值

伺服冲床应用对驱动系统提出的一大挑战是滑块位于冲压点时所出现的电流峰值。此时传动系统需要非常大的力矩以便生成所需的冲压力，并在一定工况下时保持此冲压力。因此，驱动系统不能够仅从额定力矩这个参数来考虑选型，而要基于峰值力矩来进行评估。为了能够满足如此高的要求，包米勒专门研发了多绕组电机。此外，包米勒还拥有各种电流等级的伺服驱动器，其中b maXX 4000系列和b maXX 5000系列涵盖了适用于伺服冲床的峰值负载驱动器，如图2所示。

图2 高效伺服冲床解决方案

液压冲床必须始终维持液压油压力，而传统机械冲床则要始终驱动飞轮。伺服冲床只有在实际的冲压过程中才真正耗能。此外，包米勒驱动器b maXX 4000和b maXX 5000系列在工作过程中还可以回收制动能量，以此达到节能效果。