金属板材加工设备发展新动向

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　　一、引言

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　　今年6月30日至7月2日，在上海国际展览中心举办了为期3天的2004中国国际金属板材、管材、型材及线材切割、冲压、成形、制作技术及设备展览会(简称国际金属板材成形设备展览会)。在此之前，还召开了相应的技术研讨会，由中国锻造协会主办，国内外著名的成形技术和设备制造商介绍了板材加工技术的新发展。

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　　日本、意大利、瑞士、瑞典、德国、美国和中国共70家厂商参加了展出。就设备方面来讲，规模虽不算大，但是一些国际著名公司，例如德国舒勒(Schuler)、日本川崎(Kawasaki)、会田(Anl8-da)、村田(Murata)、小松(Komatsu)等公司均参加了展出。从展览会中可以看出目前世界板材加工设备一些新的发展动向。本文就笔者参观展览会的若干体会，做一概述。

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　　二、高速精密压力机

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　　高速化和精密化一直是冲压生产追求的目标。在这次展览会上，日本YAMADA BOBY、瑞士BRUDERER等公司展出了他们的最新产品，产品性能达到了相当高的水平。如日本KYORI公司生产的Mach系列超高速精密压力机，最高行程次数可达到4.000spm;而瑞士BRUDERER公司25t压力机也可达到1500spm。压力机下死点位置精度均可控制在0.01mm左右。

　　从这次展览会的产品来看，技术上具有如下特点：

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　　l、采用新材料、新结构、尽量减少运动部件质量

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　　如KYORI公司Mach系列超高速精密压力机，滑块采用了陶瓷一铝合金复合材料，使惯性力下降了40%；将封闭高度调节机构置于横梁部位，不但使调节范围加大，而且运动部件质量得到进一步降低。

　　2.采取有效措施，减少温度对运动精度的影响，显著改善滑块运动特性

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　　日本KYORI公司BeatANEX系列高速压力机采用对称曲柄一肘杆机构，连杆和肘杆的热变形互相抵消，不但减少了热变形对滑块运动位置精度的影响，而且降低了滑块在下死点附近的速度，提高了加工性能。由于采用了热平衡设计和结构上的其它措施，所展出的日本KYORI的高速精密压力机产品，其运转8小时内下死点位置的变化以及速度调节后，下死点位置的变化均能控制在0.01mm左右。瑞士BRUDERER公司的产品则还设有油-水冷却器以控制温度的变化，确保其工作精度。

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　　3.改善滑块导向，提高运动精度

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　　瑞士BRUDERER公司的压力机产品，其导向轴承可自动补偿热变形，且导向元件与条料位于同一平面，以确保冲载时的导向精度。日本KYORI公司Mach系列产品则采用新型的动静压混合导向机构，以提高导向精度，该机构正申报专利。

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　　4.进一步提高自动化水平和工作可靠性

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　　瑞士BRUDERER产品采用计算机控制、图形显示、滑块位置、送料长度均能实现实时检测和控制，采用人机对话可存储500套模具参数，大大节省了换模调节时间。选择适当的总线系统还可实现数据的集中管理。

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　　三、数控回转头压力机

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　　数控回转头压力机由于其加工的万能性和高度的自动化，一直受到厂家的注视，成为现代化冲压设备的主力之-，其地位可与切削加工中的加工中心媲美。

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　　数控回转头压力机的发展已经有数十年的历史，其技术已经比较成熟，但从展览会来看这一技术并未走到尽头，还仍然在向前发展，其主要表现在：

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　　1、新的驱动方式

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　　最初的回转头压力机，大多采用机械驱动，步冲频率比较低。上世纪末期，数控回转头压力机越来越多的采用液压伺服驱动技术，步冲频率提高到600／min以上。这次展览会上日本村田和天田公司动折弯机。该机摒弃了液压驱动，采用交流伺服电机-滚珠丝杆驱动方式。除类似于交流伺服电机驱动回转头压力机所具有的优点外，其突出的特点是克服了液压系统速度切换时的短暂停顿现象。滑块运动更加敏捷，生产效率更高。加上操作方便、调整容易等其它优点，据称其整体效率较液压式提高了1倍以上。

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　　2.减少滑块变形及其影响，提高弯曲精度

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　　(1)提高滑块的刚度小松PAS系列折弯机滑块尺寸加大，质量增加到原来的三倍，而刚度则增加到原来的3.8倍，工作时滑块变形大大减少。

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　　(2)挠度补偿除了采用楔块、液压等传统补偿方式外，一些折弯机采用了新的补偿方式。如小松的PAS折弯机在滑块上安装了四个独立的驱动装置，自动计算补偿曲线，分配各轴运动进行补偿。天田公司则采用了自动挠度补偿机构，可自动补偿，无需复杂的计算。该机构正申请专利。

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　　(3)弯曲回弹的修正折弯工件回弹一直是困扰折弯机工作精度的一个大问题。尽管先进的折弯机控制系统可根据不同材料和尺寸以及经验控制弯曲力，角度等方法来解决，取得了较好的效果，但还不能完全解决回弹问题。日本天田公司推出了一种数字角度测量仪DIGIPRO，它与折弯机控制软件OPERATEUR结合，对于修正折弯角度是一个较好的解决方法。

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　　五、伺服曲柄压力机

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　　此次展览会上，日本小松和会田分别展出了各自开发的交流伺服电机驱动1500kN曲柄压力机，并进行了现场演示。该压力机新颖的工作原理，良好的工作性能，引起了参观者极大的兴趣。AIDA的伺服曲柄压力机传动简图。伺服电机经一级齿轮传动直接驱动曲柄一一连杆机构工作，中间无离合器。可设置位移传感器检测滑块的运动，实现闭环控制。这种压力机的主要优点是：

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　　1、提高了压力机智能化程度

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　　由于其伺服功能，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曲线。例如，可以在控制器中预存适于冲裁、拉深、压印、弯曲等工艺以及不同材料的特性曲线，使用时，不同工艺、不同材料调用不同曲线。这就大大提高了压力机的加工性能，扩大了加工范围。其加工性能完全可以与液压机媲美。

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　　2.提高了生产率

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　　由于它保留了曲柄压力机的优点，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，伺服曲柄压力机还可根据工件的不同，调整滑块行程，在一个工作循环中，曲柄无须完成360度旋转，而仅进行一定角度的摆动来完成冲压工作。这就进一步缩短了循环时间。

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　　3.节能

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　　由于省去了飞轮，电机在冲压时才旋转，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，又省下了这部分的能耗。据称，该压力机较常规曲柄压力机节能30%以上。

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　　4.减少噪音

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　　可以设计特殊的工作特性曲线，控制冲裁时冲头的速度，从而减少冲裁的振动和噪音，提高模具使用寿命。据小松提供的数据，该压力机的冲裁噪音较常规曲柄压力机降低了100倍。又由于没有空转，不工作时可以完全没有噪音。小松伺服曲柄压力机滑块运动曲线与普通压力机的对比，它不但缩短了工作行程，提高了工作效率，而且可实现静音冲裁。

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　　六、结论与体会

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　　(1)尽管锻压机械在上世纪就已趋成熟，并实现了数控化，驱动、结构、控制等多方面都达到了近乎完美的程度，但是随着社会的发展，技术的进步，它亦与时俱进，继续改进，向更高的水平迈进。　　

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　　(2)由于电机技术、变频技术和计算机控制技术的发展，交流伺服电机驱动已经改变了过去只能用于进给一类的小功率的应用范围，正大力向锻压装备一类的重载领域进军。它与机械传动技术结合，正形成一门新技术一一数字重载机械驱动。此次展览会展示的这一技术在数控回转头压力机、折弯机、曲柄压力机、螺旋压力机的初步应用，显示出了它独特的优势，大有取代传统的液压伺服驱动的可能，具有巨大的优势和潜力。

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　　(3)国内锻压装备制造业近年在追赶国际先进水平方面取得了一定进展。展览会上展出了一些国产先进的板材加工设备，如数控回转头压力机、数控折弯机、高速精密压力机等，但总体水平仍落后于国外技术先进的国家，尤其是缺乏具有自主知识产权和核心技术的产品。

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　　(4)基于交流伺服电机的数字重载机械驱动技术作为锻压装备中的一种崭新的技术，具有巨大的发展潜力，在国外发达国家也起步不久，离普及和大规模生产尚有一定距离。为缩短与世界先进水平的差距，我国在这一新兴技术刚开始发展的时候就应该在研究和开发上给予足够的重视和支持。【MechNet】

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