新型伺服驱动系统

严言

　　为了获得最佳的工件顶出方式，必须使偏心压力机的工件顶出机构具有自由调节顶出速度的能力。由于在工件的成型压力加工中，冲压模具需要有比较缓慢的相对运动速度，这样才能减少冲压件的残次品，所以在偏心曲柄在运动的上、下死点位置时有着很快的换向运动速度。为了实现工件顶出运动的自由可调，人们研制成功了顶出速度的不同调节方法，例如非圆齿轮传动、曲柄摆杆驱动机构和所谓的KAS双质量飞轮驱动技术。
　　新型驱动方案
* F2 W  f( |, X　　Burkhardt有限责任公司在2004年推出了一种全新的解决方案：伺服电动机驱动的冲压机驱动系统。在这套冲压机驱动系统中，采用了一个大型的GE-Fanuc伺服电动机和飞轮，从而实现了冲压工件推出速度的自由调节。在该公司生产的STA200型冲压件(冲压力：200t;最大冲压频次：150次/min；工作台宽度：2000mm)中就采用了这种配置方案。它是一个惯性质量较小的、由α1000(HV)型GE-Fanuc伺服电动机驱动的高动态性能的驱动机构。在曲柄机构旋转时，伺服驱动机构具有加速和减速的控制功能，它允许操作者按照工件冲压的需要自由地调节工件的顶出速度。通常作为存储能量的飞轮在这套系统中仍然存在，并且在大功率冲压过程中可利用离合器进行连接，使飞轮中存储的能量投入到冲压工作中去。这一申请了专利保护的离合同步运动控制技术是一种无磨损的离合控制方式。
　　强有力的伺服电动机
9 f  Z; B" l; {9 V, _　　这一新型驱动技术方案离不开强有力的伺服驱动电动机。GE-Fanuc公司生产了一种新型的伺服电动机。Big-Servos系列的伺服电动机是一种到目前为止还没有其他生产厂可生产的大型伺服电动机。它的输出扭矩可以达到3000Nm(α-3000-HV伺服电动机的功率为250KW)，它开辟了在大型机械设备中采用伺服技术的先例，尤其是在各种不同的冲压机床中采用伺服电动机。该系列伺服电动机的最大功率输出可达530KW，最高转速可达2000r/min.如果需要更大的输出功率时，可利用2个或者4个伺服电动机串接或者并接方式来实现。伺服电动机的供电设备是2个或者4个GE-Fanuc-SVM1-360Hvi伺服放大器。根据伺服电动机的功率大小，在这些伺服放大器之间有着通信电缆，使各个伺服电动机能像一部电动机那样工作。整个伺服放大器组由一根高速导线与GE-Fanuc数控系统相联接，或者在使用其他公司生产的数控系统时与GEFanuc公司生产的DSA数字伺服耦合器相连接。有两种形式的集成式数字伺服耦合器，可各控制最多8个坐标轴。GEFanuc公司的SA-Bus总线接口电路板或者PCI-Bus接口电路板，可以毫无问题地通过光纤高速电缆完成DSA耦合器与其他公司数控系统之间的数据通信。当采用SPS可编程控制器来控制坐标轴的运动时，利用脉冲信号输入端的运动控制DSA定位指令来加以识别和控制。
　　用飞轮来避免功率峰值
. k! [6 s) y3 N" ~" g( p　　在整个欧洲，Burkhardt公司是第一家在冲压机床上采用这种新型驱动技术的企业。长期以来，具有这种驱动功能的机床仅出现在亚洲或者仅在欧洲的实验室中可以看到。在这套新的驱动系统中还没有完全放弃飞轮的原因是，当伺服电动机在满负荷状态下启动时，需要有较大的驱动功率。为了避免出现较大的峰值功率，Burkhardt公司的伺服驱动方案中采用了飞轮、离合器，必要时利用飞轮存储的能量来补充峰值功率。
　　电源随时提供尖峰功率
　　GEFanuc公司还研发成功了在峰值负载工况下巧妙的利用电网电源的设备和功能。他们研制的供电电源可以在300ms的时间内自动提供很高的加速能量，也就是说，供电电源可以存储短时间所需的峰值驱动能量。这一功能的优点是可以自动地补偿、平衡在微妙时间内的峰值负载。
　　这种伺服驱动装置是一种节能型的伺服驱动系统，它能在电动机止动过程中将能量回输、反馈到供电电源设备中，使得整个伺服驱动系统所消耗的能源并不比传统的偏心飞轮冲压机多。
/ F3 N+ N" F9 _! R! \7 s　　使用这种伺服驱动系统冲压机具有很高的生产效率。据Burkhardt公司估计，在成型速度相同的情况下，新型冲压机在保证冲压质量不变的条件下可比传统冲压机多冲压20~30%的工件。因为慢速冲压所“损失”的时间在冲压机的其他运动中得到了补偿。【MechNet】
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