金屬板材加工設(shè)備發(fā)展新動向

　　去年6月30日至7月2日，在上海國際展覽中心舉辦了為期3天的2008中國國際金屬板材、管材、型材及線材切割、沖壓、成形、制作技術(shù)及設(shè)備展覽會(簡稱國際金屬板材成形設(shè)備展覽會)。在此之前，還召開了相應(yīng)的技術(shù)研討會，由中國鍛造協(xié)會主辦，國內(nèi)外著名的成形技術(shù)和設(shè)備制造商介紹了板材加工技術(shù)的新發(fā)展。

　　日本、意大利、瑞士、瑞典、德國、美國和中國共70家廠商參加了展出。就設(shè)備方面來講，規(guī)模雖不算大，但是一些國際著名公司，例如德國舒勒(Schuler)、日本川崎(Kawasaki)、會田(Anl8-da)、村田(Murata)、小松(Komatsu)等公司均參加了展出。從展覽會中可以看出目前世界板材加工設(shè)備一些新的發(fā)展動向。本文就筆者參觀展覽會的若干體會，做一概述。

　　二、高速精密壓力機(jī)

　　高速化和精密化一直是沖壓生產(chǎn)追求的目標(biāo)。在這次展覽會上，日本YAMADA BOBY、瑞士BRUDERER等公司展出了他們的最新產(chǎn)品，產(chǎn)品性能達(dá)到了相當(dāng)高的水平。如日本KYORI公司生產(chǎn)的Mach系列超高速精密壓力機(jī)，最高行程次數(shù)可達(dá)到4.000spm;而瑞士BRUDERER公司25t壓力機(jī)也可達(dá)到1500spm。壓力機(jī)下死點(diǎn)位置精度均可控制在0.01mm左右。

　　從這次展覽會的產(chǎn)品來看，技術(shù)上具有如下特點(diǎn)：

　　l、采用新材料、新結(jié)構(gòu)、盡量減少運(yùn)動部件質(zhì)量

　　如KYORI公司Mach系列超高速精密壓力機(jī)，滑塊采用了陶瓷一鋁合金復(fù)合材料，使慣性力下降了40%；將封閉高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)置于橫梁部位，不但使調(diào)節(jié)范圍加大，而且運(yùn)動部件質(zhì)量得到進(jìn)一步降低。

　　2.采取有效措施，減少溫度對運(yùn)動精度的影響，顯著改善滑塊運(yùn)動特性

　　日本KYORI公司BeatANEX系列高速壓力機(jī)采用對稱曲柄一肘桿機(jī)構(gòu)，連桿和肘桿的熱變形互相抵消，不但減少了熱變形對滑塊運(yùn)動位置精度的影響，而且降低了滑塊在下死點(diǎn)附近的速度，提高了加工性能。由于采用了熱平衡設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)上的其它措施，所展出的日本KYORI的高速精密壓力機(jī)產(chǎn)品，其運(yùn)轉(zhuǎn)8小時內(nèi)下死點(diǎn)位置的變化以及速度調(diào)節(jié)后，下死點(diǎn)位置的變化均能控制在0.01mm左右。瑞士BRUDERER公司的產(chǎn)品則還設(shè)有油-水冷卻器以控制溫度的變化，確保其工作精度。

　　3.改善滑塊導(dǎo)向，提高運(yùn)動精度

　　瑞士BRUDERER公司的壓力機(jī)產(chǎn)品，其導(dǎo)向軸承可自動補(bǔ)償熱變形，且導(dǎo)向元件與條料位于同一平面，以確保沖載時的導(dǎo)向精度。日本KYORI公司Mach系列產(chǎn)品則采用新型的動靜壓混合導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以提高導(dǎo)向精度，該機(jī)構(gòu)正申報(bào)專利。

　　4.進(jìn)一步提高自動化水平和工作可靠性

　　瑞士BRUDERER產(chǎn)品采用計(jì)算機(jī)控制、圖形顯示、滑塊位置、送料長度均能實(shí)現(xiàn)實(shí)時檢測和控制，采用人機(jī)對話可存儲500套模具參數(shù)，大大節(jié)省了換模調(diào)節(jié)時間。選擇適當(dāng)?shù)目偩€系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中管理。

　　三、數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)

　　數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)由于其加工的萬能性和高度的自動化，一直受到廠家的注視，成為現(xiàn)代化沖壓設(shè)備的主力之-，其地位可與切削加工中的加工中心媲美。

　　數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)的發(fā)展已經(jīng)有數(shù)十年的歷史，其技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但從展覽會來看這一技術(shù)并未走到盡頭，還仍然在向前發(fā)展，其主要表現(xiàn)在：

　　1、新的驅(qū)動方式

　　最初的回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)，大多采用機(jī)械驅(qū)動，步?jīng)_頻率比較低。上世紀(jì)末期，數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)越來越多的采用液壓伺服驅(qū)動技術(shù)，步?jīng)_頻率提高到600／min以上。這次展覽會上日本村田和天田公司動折彎機(jī)。該機(jī)摒棄了液壓驅(qū)動，采用交流伺服電機(jī)-滾珠絲桿驅(qū)動方式。除類似于交流伺服電機(jī)驅(qū)動回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)外，其突出的特點(diǎn)是克服了液壓系統(tǒng)速度切換時的短暫停頓現(xiàn)象。滑塊運(yùn)動更加敏捷，生產(chǎn)效率更高。加上操作方便、調(diào)整容易等其它優(yōu)點(diǎn)，據(jù)稱其整體效率較液壓式提高了1倍以上。

　　2.減少滑塊變形及其影響，提高彎曲精度

　　(1)提高滑塊的剛度小松PAS系列折彎機(jī)滑塊尺寸加大，質(zhì)量增加到原來的三倍，而剛度則增加到原來的3.8倍，工作時滑塊變形大大減少。

　　(2)撓度補(bǔ)償除了采用楔塊、液壓等傳統(tǒng)補(bǔ)償方式外，一些折彎機(jī)采用了新的補(bǔ)償方式。如小松的PAS折彎機(jī)在滑塊上安裝了四個獨(dú)立的驅(qū)動裝置，自動計(jì)算補(bǔ)償曲線，分配各軸運(yùn)動進(jìn)行補(bǔ)償。天田公司則采用了自動撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，可自動補(bǔ)償，無需復(fù)雜的計(jì)算。該機(jī)構(gòu)正申請專利。

　　(3)彎曲回彈的修正折彎工件回彈一直是困擾折彎機(jī)工作精度的一個大問題。盡管先進(jìn)的折彎機(jī)控制系統(tǒng)可根據(jù)不同材料和尺寸以及經(jīng)驗(yàn)控制彎曲力，角度等方法來解決，取得了較好的效果，但還不能完全解決回彈問題。日本天田公司推出了一種數(shù)字角度測量儀DIGIPRO，它與折彎機(jī)控制軟件OPERATEUR結(jié)合，對于修正折彎角度是一個較好的解決方法。

　　五、伺服曲柄壓力機(jī)

　　此次展覽會上，日本小松和會田分別展出了各自開發(fā)的交流伺服電機(jī)驅(qū)動1500kN曲柄壓力機(jī)，并進(jìn)行了現(xiàn)場演示。該壓力機(jī)新穎的工作原理，良好的工作性能，引起了參觀者極大的興趣。AIDA的伺服曲柄壓力機(jī)傳動簡圖。伺服電機(jī)經(jīng)一級齒輪傳動直接驅(qū)動曲柄一一連桿機(jī)構(gòu)工作，中間無離合器。可設(shè)置位移傳感器檢測滑塊的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。這種壓力機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：

　　1、提高了壓力機(jī)智能化程度

　　由于其伺服功能，滑塊運(yùn)動曲線不再僅僅是正弦曲線，而是可根據(jù)工藝要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的任意曲線。例如，可以在控制器中預(yù)存適于沖裁、拉深、壓印、彎曲等工藝以及不同材料的特性曲線，使用時，不同工藝、不同材料調(diào)用不同曲線。這就大大提高了壓力機(jī)的加工性能，擴(kuò)大了加工范圍。其加工性能完全可以與液壓機(jī)媲美。

　　2.提高了生產(chǎn)率

　　由于它保留了曲柄壓力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，尤其是生產(chǎn)率遠(yuǎn)高于液壓機(jī)，體現(xiàn)了"液壓機(jī)的加工質(zhì)量、機(jī)械壓力機(jī)的生產(chǎn)效率"。不僅如此，伺服曲柄壓力機(jī)還可根據(jù)工件的不同，調(diào)整滑塊行程，在一個工作循環(huán)中，曲柄無須完成360度旋轉(zhuǎn)，而僅進(jìn)行一定角度的擺動來完成沖壓工作。這就進(jìn)一步縮短了循環(huán)時間。

　　3.節(jié)能

　　由于省去了飛輪，電機(jī)在沖壓時才旋轉(zhuǎn)，普通曲柄壓力機(jī)飛輪空轉(zhuǎn)的耗能得以節(jié)省。又由于沒有了離合器，又省下了這部分的能耗。據(jù)稱，該壓力機(jī)較常規(guī)曲柄壓力機(jī)節(jié)能30%以上。

　　4.減少噪音

　　可以設(shè)計(jì)特殊的工作特性曲線，控制沖裁時沖頭的速度，從而減少沖裁的振動和噪音，提高模具使用壽命。據(jù)小松提供的數(shù)據(jù)，該壓力機(jī)的沖裁噪音較常規(guī)曲柄壓力機(jī)降低了100倍。又由于沒有空轉(zhuǎn)，不工作時可以完全沒有噪音。小松伺服曲柄壓力機(jī)滑塊運(yùn)動曲線與普通壓力機(jī)的對比，它不但縮短了工作行程，提高了工作效率，而且可實(shí)現(xiàn)靜音沖裁。

　　六、結(jié)論與體會

　　(1)盡管鍛壓機(jī)械在上世紀(jì)就已趨成熟，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化，驅(qū)動、結(jié)構(gòu)、控制等多方面都達(dá)到了近乎完美的程度，但是隨著社會的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，它亦與時俱進(jìn)，繼續(xù)改進(jìn)，向更高的水平邁進(jìn)。　　

　　(2)由于電機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流伺服電機(jī)驅(qū)動已經(jīng)改變了過去只能用于進(jìn)給一類的小功率的應(yīng)用范圍，正大力向鍛壓裝備一類的重載領(lǐng)域進(jìn)軍。它與機(jī)械傳動技術(shù)結(jié)合，正形成一門新技術(shù)一一數(shù)字重載機(jī)械驅(qū)動。此次展覽會展示的這一技術(shù)在數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)、折彎機(jī)、曲柄壓力機(jī)、螺旋壓力機(jī)的初步應(yīng)用，顯示出了它獨(dú)特的優(yōu)勢，大有取代傳統(tǒng)的液壓伺服驅(qū)動的可能，具有巨大的優(yōu)勢和潛力。

　　(3)國內(nèi)鍛壓裝備制造業(yè)近年在追趕國際先進(jìn)水平方面取得了一定進(jìn)展。展覽會上展出了一些國產(chǎn)先進(jìn)的板材加工設(shè)備，如數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)、數(shù)控折彎機(jī)、高速精密壓力機(jī)等，但總體水平仍落后于國外技術(shù)先進(jìn)的國家，尤其是缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)的產(chǎn)品。

　　(4)基于交流伺服電機(jī)的數(shù)字重載機(jī)械驅(qū)動技術(shù)作為鍛壓裝備中的一種嶄新的技術(shù)，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ趪獍l(fā)達(dá)國家也起步不久，離普及和大規(guī)模生產(chǎn)尚有一定距離。為縮短與世界先進(jìn)水平的差距，我國在這一新興技術(shù)剛開始發(fā)展的時候就應(yīng)該在研究和開發(fā)上給予足夠的重視和支持