交流伺服压力机及其关键技术（上）

1 引言

　　交流伺服电机驱动是目前成形装备发展的一个新方向，以计算机控制的交流伺服电机为动力，通过螺旋、曲柄连杆、肘杆或其它机构将电机的旋转运动转化为滑块所需的直线运动。不但可以保持机械驱动的种种优点，而且改变了其工作特性不可调的缺点，使机械驱动的成形装备也具有了柔性化、智能化的特点，工作性能和工艺适应性大大提高；同时，还简化了结构，方便安装、减少维修、降低能耗、减轻重量。可取代液压系统，彻底消除油液对环境的污染。是高新技术与传统机械技术的结合，对于推动成形装备的更新换代，具有不可限量的影响。短短十多年，其应用领域已经从注塑机发展到

　　折弯机、机械压力机、数控回转头压力机、螺旋压力机等各种成形设备。日本各个著名的压力机制造厂商，如AIDA，KOMATSU，AMIN0，ENOM0T0等公司均投人大量人力物力进行开发，并已推出商品化的产品。AIDA公司将其开发的这种新型压力机称之为“第3代压力机”，认为具有划时代的意义。欧洲一些压力机厂商也加入到这一行列中，如德国SCHULER公司在2007年北京国际机床展(CIMT07)上推出了2500～6300 kN的这类压力机系列产品。

　　国内不少厂家最近也开始了这一技术的研究与产品开发。本文介绍了交流伺服传动的基本原理及在压力机中的应用现状与发展趋势，讨论了交流伺服压力机的若干关键技术问题。

2 电气传动与交流伺服驱动

　　以电动机为基础的电气传动技术诞生于19世纪初，迄今已有近200年的历史。由于其具有使用、控制、传输、储存方便等优点，在人类生产、生活的各个方面都得到了广泛的应用。现在，已经成为包括锻压机床在内的各种机械装备的主要传动方式。电气传动分直流和交流两大类。由于直流传动具有优越的调速性能，直到20世纪上半叶，高性能可调传动均采用直流电动机，而占电气传动总量80％以上的一般传动则采用交流电动机，不能调速，绝大部分锻压机械都属于这一类。“直流调速，交流不调速”形成了一种普遍的格局。尽管直流调速有许多优越性，但由于采用机械换向，存在有换向器寿命低、换向火花、造价高等问题，电机容量和速度以及应用场合均受到一定限制，例如，其极限容量一速度积仅为106 kW·RPM。

　　20世纪60---70年代，随着电力电子技术的发展，特别是大规模集成电路和计算机控制技术的出现，产生了高性能交流调速系统，克服了直流调速系统的缺点，达到直流调速同样的性能。交流调速在近30年来得到迅速发展，已经取代直流调速系统，成为电气传动的主要发展方向。据统计，在2001年世界可调电气传动产品中，交流传动已经占到2／3以上。

　　调速和伺服应是两个具有联系的不同术语。电动机调速指调节、改变电动机速度，而伺服(setvo)则是一音译和意译相结合的外来词，有跟随、服从的意思。伺服电机传动指电动机的转速或其它参数可以按照任意的输入信号而变化。可以简单地理解为：普通的调速只是一种最简单的伺服传动，如一般鼓风机、水泵电机的调速，伺服传动则是一种高级的调速，这种调速是实时、连续地进行的。长期以来，交流伺服电机仅仅作为执行元件，应用于伺服控制系统，功率不超过1 kW。大功率交流伺服电机及其驱动控制装置的出现，使这一技术得以应用于机械装备的主传动，成为交流伺服驱动系统。正是在这种背景下，发达国家在20世纪末期，开始了将交流伺服传动技术应用于锻压机械的研究和产品开发，出现了交流伺服电动机驱动的压力机，十多年来得到了迅速发展。