曲柄压力机设计

第三章 3.1 3.2
动力系统设计.............................................................................................. 15 工作机构设计.............................................................................................. 16 伺服曲柄压力机的设计制图................................................................. 17
1.2
本设计的技术参数与设计内容
本设计的技术参数： 伺服曲柄压力机, 标称压力 Fg=630KN; 固定行程：S=120mm； 标称压力行程 sg=8mm 压力行程次数 n=70 次/min； 连杆系数λ=0.1
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J23-63 伺服曲柄压力机设计分析
图 1-1 近年来，我国压力机制造企业走上了与日本、德国相似的技术发展道路，相 继启动了伺服压力机研究与开发工作，开展了多项国家基础攻关、应用基础研究 和技术开发项目。 其中广东锻压机床厂率先开展了伺服压力机的研究，先后开发 了多种传动结构的伺服压力机，其在 2007 年与华南理工大学联合设计制造的 GDKS 系列肘杆伺服压力机，通过连杆、混合肘杆增力机构驱动滑块运动，最 大规格为 6 300 kN；济南二机床于 2007 年采用 ABB 公司的 DDC 技术开发 出了 10 000 kN 伺服压力机试验样机，该类型伺服压力机在空载阶段采用交流 伺服电机调速来提高滑块运行速度、 负载阶段仍然通过飞轮速降来释放能量的模 式进行工作，保留了飞轮和离合器等耗能部件；2008 年齐二机床厂与上海交通 大学采用冗余容错技术联合开发成功了 2 000 kN 对称肘杆伺服压力机；其他还 有诸如台湾金丰企业开发的 CM1 型伺服压力机，规格为 800～2 600 kN。与国 外相比，我国伺服压力机就整体技术水平和竞争力而言，依然处于落后状态， 在 伺服压力机产品规格、产品质量、产品成本及产品设计等方面较世界先进水平仍 有较大的差距， 尤其在大型机械伺服压力机设计和制造技术方面，在大扭矩交流 伺服电机开发、 伺服控制、 新型传动机构开发及能量管理等关键技术上仍属空白。 因此，开发具有完全自主知识产权的大型伺服压力机，对于提升我国航空、 航天、能源、石化、电力、冶金、汽车等行业整体技术水平以及我国重大装备的 国际竞争力具有重大的战略意义。
第五章
２
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第一章 引言
1.1 伺服压力机的最新发展
传统的曲柄压力机均以交流感应电动机为动力，靠飞轮储存和释放能量，离合器 控制设备的运行和停止。其具有滑块工作特性固定，无法调节，压力不易控制， 工作适应性差，缺乏“柔性”等缺点，已经无法满足冲压生产日益提高的加工技 术要求。 伺服压力机是在摒弃传统机械压力机的飞轮和离合器等耗能部件的基础 上，采用计算机控制的交流伺服电动机直接作为压力机的动力源，通过螺旋、 曲 柄连杆、肘杆等执行机构将电动机的旋转运动转化为滑块的直线运动。 （1）伺服压力机的发展历程 日本在伺服压力机研发、生产及商品化等方面处于国际领先水平，掌握了伺 服压力机的设计和制造技术，日本会田 (AIDA) 、小松 (KOMATSU) 和网野 (AMINO) 等压力机制造企业相继推出了多种传动结构、 不同规格的伺服压力机， 几乎垄断了所有高端压力机的市场，获取了巨大的经济利益。会田公司于 1999 年开始研制大容量、大扭矩、低转速交流伺服电机，并将该电机成功的应用于驱 动锻压成形装备，推出 NS1-D 系列伺服压力机产品，该系列产品由伺服电机经 一级齿轮减速驱动曲柄连杆机构进行工作， 其与普通曲柄压力机的最大区别在于 采用交流伺服电机代替普通感应电动机，取消了飞轮和离合器，采用大电容存储 电能。目前会田能够设计和制造 24 000 kN 伺服压力机。小松公司联合丰田汽 车 (TOYOTA) 和法那科 (FANUC)公司共同开发伺服压力机，依托丰田汽车成 熟的冲压成形工艺和法那科先进的交流伺服电机及伺服控制技术，先后推出了 H1F 和 H2F 等系列伺服压力机产品，其中 H1F 型伺服压力机的规格为 350～2 000kN，H2F 型伺服压力机的规格为 2 000~3 000 kN，目前已经能够生产 16 000 kN 等更高规格的伺服压力机产品。 我国天津丰田、广州丰田等汽车制造厂先后引进了由小松设计制造的伺服压 力机冲压生产线，其生产节拍可达 16~17 次/min。网野公司自 1995 年开始研 制大型伺服压力机， 已经生产出了机械连杆伺服压力机、 曲柄多连杆伺服压力机、 直动式伺服压力机和液压式精密伺服压力机等多种类型的伺服压力机，并于 2005 年开发出世界上最大吨位的 25 000 kN 大型机械连杆伺服压力机。我国东 风 (襄樊) 汽车厂引进了网野公司制造的手工伺服压力机冲压线，经过一年多的 生产实践证明，该类型伺服压力机不仅在压力机主传动系统实现了重大突破， 而 且具有噪音低、节省能源、提高生产率、降低次品率、提高模具寿命以及生产过 程管理柔性化等优点。此外，日本天田 (AMADA)、山田(YAMADA DOBBY) 和 德国凯撒 (KAISER)、舒勒（SCHULER ） 等公司也都相继推出了商品化伺服 压力机。我国压力机制造企业自 80 年代开始，通过技术引进、合作制造和自主 创新等模式积极吸收、消化国外机械压力机先进设计及制造技术，目前完全掌握 了曲柄、 多连杆机械压力机设计和制造技术，使我国锻压行业的技术装备水平普 遍提升，竞争能力明显增强。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二章 2.2 2.3
2.1 工作原理........................................................................................................ 运动分析......................................................................................................
3 3 5 6 7 7 8
引言.........................................................................................................
伺服压力机的最新进展.............................................................................. 本设计的技术参数与设计内容.................................................................. 本设计的目的与意义.................................................................................. 伺服曲柄压力机的设计分析.................................................................
受力分析...................................................................................................... 11 伺服曲柄压力机的设计计算................................................................. 15
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(3) 节能 由于电机在工作时才旋转，使普通曲柄压力机飞轮空转的耗能得以节省。又 由于没有了离合器与制动器，省下了该部分的能耗。加之压力机大部分时间 工作在额定状态以下，开关磁阻调速电机比一般电机节能明显，预计该压力 机较常规曲柄压力机可节能 35 ％ 以上。 (4) 减少噪声 可以设计特殊的工作特性曲线，控制工作时滑块的速度，从而减少振动和噪 声，提高模具使用寿命。开关磁阻调速式曲柄压力机的噪声可较常规曲柄压 力机降低。曲柄压力机滑块运动曲线可数字化设置，不但缩短了工作行程， 提高了工作效率，而且可实现低噪声。 (5)微机智能存储处理数据。 工艺曲线、时间、产量、耗电量等数据可由微机智能存储和处理，可实现制 造过程信息化管理的目标。 随着制造业国际竞争 日益激烈，高效率制造高精度、高品质产品的伺服压 力机的需求越来越强烈。伺服压力机的发展具有以下特点： (1)柔性化、智能化生产。随着伺服技术的发展，伺服压力机采用可任意调 节的伺服电动机，其自动化、智能化程度提高，可以获得任意的滑块性能，设备 工艺适应性提高。 (2)节能环保。在普通压力机中，飞轮空转耗能占总能耗的 6％～30％．离合 器耗能占总能耗的 20％。伺服电动机取消飞轮和离合器，简化传动系统，节约 能耗。与液压机相比．伺服压力机消除了油液污染，传动系统简化，传动噪音减 少，改善了生产环境。 (3)精度高，生产效率提高，模具寿命高。伺服技术、滑块位移检测技术、 滑块行程调节技术等在伺服压力机的应用．使得滑块在任意位置可以准确控制， 提高加工精度。 当前阻碍国内伺服压力机研发的主要原因之一是大功率伺服电机 研制水平较低 ，与国际水平相比在功率和性能指标上存在较大差距。 伺服压力机在某些发达国家已经普及，但在我国还处在理论研究及研制 阶段。伺服电动机和驱动控制技术、伺服传动系统设计、伺服压力机的成形 工艺优化、重载高效螺旋传动技术、调速能量的回收，以及伺服压力机使用 的功能附件等是今后需解决的关键技术问题与研究方向。高强度板材、复杂 成形工艺的出现及低碳经济的要求，进一步加快了伺服压力机的研制步伐。
（2）伺服压力机的未来趋势 与现有设备相比，开关磁阻调速式曲柄压力机将带来的变革为： (1) 提高了压力机智能化程度 微机智能控制的变速功能使滑块运动曲线不再仅仅是正弦曲线，而是可根据 工艺要求进行优化设计的任意设定曲线。例如，可以预存适于冲裁、拉深、 压印和弯曲等工艺以及不同材料的特性曲线。不同工艺、不同材料可调用不 同的曲线，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 能可以与液压机相媲美。 (2) 提高了生产率 由于保留了曲柄压力机的所有优点， 尤其是生产率远高于液压机， 体现了 “液 压机的加工质量，机械压力机的生产效率” 。不仅如此，开关磁阻调速式曲 柄压力机还可以根据工件的不同，调整滑块行程次数，可缩短和数控循环时 间。