采用交流伺服驅(qū)動(dòng)的伺服機(jī)械壓力機(jī)去除了飛輪、離合器和制動(dòng)器等笨重的裝置,靠電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行壓制工作,由計(jì)算機(jī)控制,不僅能夠大幅節(jié)能,而且其工作參數(shù)可控、運(yùn)動(dòng)曲線可編程。它改變了傳統(tǒng)成形裝備控制性能差、工藝適應(yīng)范圍窄、能耗高、可靠性低等缺點(diǎn),是典型的新一代綠色智能化裝備。
伺服機(jī)械壓力機(jī)的設(shè)計(jì)、控制和使用與傳統(tǒng)壓力機(jī)大不相同。這種新型壓力機(jī)的工作原理如何?其傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)計(jì)?沖壓程序如何編制,才能充分發(fā)揮壓力機(jī)的柔性,取得*好的工作效果?這都是伺服機(jī)械壓力機(jī)在設(shè)計(jì)和使用中首先要解決的問題。
作者及其科研團(tuán)隊(duì)近二十年來完成了多項(xiàng)伺服機(jī)械壓力機(jī)相關(guān)項(xiàng)目的研究和產(chǎn)品開發(fā)工作,在這些研究開發(fā)工作的基礎(chǔ)上,本書試圖就伺服機(jī)械壓力機(jī)的核心技術(shù)問題進(jìn)行一次全面的論述和總結(jié)。本書的主要內(nèi)容包括:①伺服機(jī)械壓力機(jī)的出現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)背景、國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì);②伺服機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的分析及設(shè)計(jì)方法;③伺服機(jī)械壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)方法;④伺服機(jī)械壓力機(jī)的成形工藝編程及工藝程序庫;⑤伺服成形裝備的性能測(cè)試與試驗(yàn)。
本書可供從事材料成形與加工的科研人員和技術(shù)人員使用,也可供相關(guān)管理人員借鑒,還可供高等院校相關(guān)專業(yè)的研究生和高年級(jí)本科生參考。
——本書為“十三五”國(guó)家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目
★詳述伺服機(jī)械壓力機(jī)核心技術(shù)
★匯集了作者及其科研團(tuán)隊(duì)近二十年的研究心得
★提出了分解分析、偏置設(shè)計(jì)、錯(cuò)峰設(shè)計(jì)等新方法
★展示了國(guó)內(nèi)外典型伺服成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例
機(jī)械壓力機(jī)是運(yùn)用最廣的鍛壓機(jī)床,數(shù)量占全部鍛壓機(jī)械的80%以上,廣泛應(yīng)用于汽車制造、家用電器制造和電子信息裝備制造等國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)2000年統(tǒng)計(jì),機(jī)械壓力機(jī)的國(guó)內(nèi)保有量就已經(jīng)超過100萬臺(tái)。
傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),傳動(dòng)鏈有巨大的飛輪,用離合器制動(dòng)器控制,結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大,工作特性無法改變,能效僅為20%左右,不能適應(yīng)現(xiàn)代智能化、綠色環(huán)保的生產(chǎn)要求。長(zhǎng)期以來,人們一直在尋求解決辦法,但由于技術(shù)的限制,鍛壓裝備領(lǐng)域這一老大難問題一直得不到解決,機(jī)械壓力機(jī)的傳動(dòng)模式一百余年來沒有根本的變化。
重載交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的出現(xiàn)為改變這一局面帶來了契機(jī),它具有柔性化、智能化、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn),正引發(fā)傳統(tǒng)成形裝備領(lǐng)域的一場(chǎng)革命,成為世界成形裝備技術(shù)的最新發(fā)展方向,伺服機(jī)械壓力機(jī)為其中最典型的代表。新型伺服機(jī)械壓力機(jī)采用大功率交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),去除了飛輪、離合器和制動(dòng)器,不但使傳統(tǒng)粗大笨重的壓力機(jī)“瘦身”,而且滑塊運(yùn)動(dòng)可以編程控制,性能柔性可調(diào)、能大幅節(jié)能。伺服機(jī)械壓力機(jī)技術(shù)起源于日本,商品化產(chǎn)品在世紀(jì)之交才問世,雖只有20年歷史,但發(fā)展十分迅猛,日本、德國(guó)等國(guó)的主要鍛壓裝備制造廠家均把伺服機(jī)械壓力機(jī)作為主要發(fā)展方向,已制訂了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
我國(guó)鍛壓裝備制造行業(yè)緊跟世界潮流,紛紛開展這一新技術(shù)的研究和產(chǎn)品開發(fā),國(guó)內(nèi)諸多重點(diǎn)高校從21世紀(jì)初期就開展了相關(guān)技術(shù)研究,2009年“大型伺服機(jī)械壓力機(jī)”正式列入國(guó)家重大科技專項(xiàng),包括濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司等國(guó)內(nèi)各主要鍛壓機(jī)床制造廠家都開展了伺服機(jī)械壓力機(jī)新產(chǎn)品的開發(fā)。廣汽豐田汽車有限公司(簡(jiǎn)稱廣汽豐田)、廣汽本田汽車有限公司(簡(jiǎn)稱廣汽本田)、上汽大眾汽車有限公司(簡(jiǎn)稱上汽大眾)、東風(fēng)汽車有限公司載重車公司和奇瑞汽車股份有限公司等國(guó)內(nèi)知名汽車制造廠家近年來紛紛引進(jìn)了大型伺服機(jī)械壓力機(jī)生產(chǎn)線,提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,降低了能耗和噪聲污染,提高了自動(dòng)化、智能化水平,改變了鍛壓生產(chǎn)面貌。
對(duì)于正進(jìn)行伺服機(jī)械壓力機(jī)新產(chǎn)品開發(fā)的人員而言,由于新設(shè)備與傳統(tǒng)壓力機(jī)的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)和控制原理有極大的不同,亟須有可借鑒的設(shè)計(jì)理論和方法;而對(duì)廣大新設(shè)備的使用者而言,迫切需要詳細(xì)的技術(shù)資料,幫助他們更深入地了解設(shè)備的工作原理、設(shè)計(jì)和控制方法,尤其是如何充分利用新設(shè)備性能可控的優(yōu)勢(shì),開發(fā)出最合適的鍛壓新工藝,充分發(fā)揮出新設(shè)備的潛力。
作者所在的科研團(tuán)隊(duì)在21世紀(jì)初即開始了這一技術(shù)的研究,近二十年來,在伺服機(jī)械壓力機(jī)的設(shè)計(jì)、控制、數(shù)值模擬、能量回收、工藝開發(fā)和性能試驗(yàn)等方面進(jìn)行了探索,取得了一些初步成果。與企業(yè)合作,先后開發(fā)了1100kN、4000kN伺服機(jī)械壓力機(jī),以及630kN伺服螺旋精壓機(jī)、2250kN伺服液壓機(jī),并完成了8000kN壓鑄機(jī)的伺服化改造。
鑒于國(guó)內(nèi)目前尚無一本伺服機(jī)械壓力機(jī)專著,本著拋磚引玉的精神,作者在團(tuán)隊(duì)十多年研究開發(fā)工作的基礎(chǔ)上,寫作了這本專著,以期將我們?cè)诖祟I(lǐng)域的研究心得體會(huì)奉獻(xiàn)出來,供大家參考借鑒。若能對(duì)讀者有所幫助,作者將感到莫大欣慰。
全書共8章,主線為:背景核心技術(shù)問題應(yīng)用。首先介紹伺服機(jī)械壓力機(jī)產(chǎn)生的背景、發(fā)展概況和目前的發(fā)展趨勢(shì);然后敘述傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。為解決復(fù)雜多連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析難點(diǎn),彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的不足,提出了“分解分析”“偏置設(shè)計(jì)”和“錯(cuò)峰設(shè)計(jì)”等方法。專門用一章介紹了課題組最新開發(fā)的一種串聯(lián)非同步雙伺服輸入壓力機(jī)。書中還敘述了基于伺服機(jī)械壓力機(jī)的成形工藝編程原理及工藝庫的概念,提供了課題組所做的若干伺服成形裝備的測(cè)試試驗(yàn)。最后介紹了國(guó)內(nèi)外一些典型的伺服成形技術(shù)應(yīng)用實(shí)例。
全書由孫友松教授主持制訂編寫大綱和統(tǒng)稿,負(fù)責(zé)第1章、第2章、第6章、第8章的部分內(nèi)容,以及31、32、36和74節(jié)內(nèi)容的撰寫;胡建國(guó)副教授負(fù)責(zé)第2章的計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算、第4章、第5章,以及33、34、71和72節(jié)內(nèi)容的撰寫;程永奇副教授負(fù)責(zé)35、73節(jié)和第8章部分內(nèi)容的撰寫。
作者在此特別感謝研究團(tuán)隊(duì)的魏良模副教授和章爭(zhēng)榮教授。魏良模副教授花費(fèi)大量時(shí)間數(shù)次審閱文稿,尤其對(duì)第2章和第3章的內(nèi)容提出了許多建設(shè)性的意見。章爭(zhēng)榮教授在團(tuán)隊(duì)中最早提出串聯(lián)非同步雙伺服驅(qū)動(dòng)的思想并在這方面做了大量工作。鄭洪波博士、冼燦標(biāo)碩士完成了液壓伺服直驅(qū)的研究工作。林怡青教授、李大紅副教授、曾文曲教授和朱新榕副教授在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面提供了諸多指導(dǎo)。團(tuán)隊(duì)的劉偉高級(jí)工程師、潘曉濤副教授、黎勉高級(jí)工程師,以及研究生魏航、史國(guó)亮、肖陽、方雅、何寄平、陳輝、張瑛、劉艷和周先輝等同志在研究開發(fā)過程中做出了諸多貢獻(xiàn)。廣東鍛壓機(jī)床廠有限公司和廣東宏興機(jī)械有限公司在研究中提供了全面的合作和支持,在此一并表示衷心的感謝!
盡管作者研究團(tuán)隊(duì)多年從事伺服成形裝備的研究工作,但對(duì)這項(xiàng)新技術(shù)尚處于認(rèn)識(shí)過程之中,尤其此項(xiàng)技術(shù)涉及材料加工、機(jī)械、電機(jī)、自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域,限于作者的知識(shí)面和水平,書中難免有片面和錯(cuò)誤之處,誠(chéng)懇地希望讀者批評(píng)指正。
序
前言
第1章緒論
11鍛壓機(jī)械與機(jī)械壓力機(jī)
111鍛壓機(jī)械的分類
112機(jī)械壓力機(jī)
12電氣傳動(dòng)與交流伺服驅(qū)動(dòng)
121電氣傳動(dòng)的歷史:直流調(diào)速,交流不調(diào)速
122交流調(diào)速技術(shù)的興起
123交流調(diào)速與伺服驅(qū)動(dòng)
13伺服機(jī)械壓力機(jī)
131伺服機(jī)械壓力機(jī)的發(fā)展概況
132伺服機(jī)械壓力機(jī)的特點(diǎn)
14典型伺服成形裝備
141成形裝備伺服驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式
142典型伺服成形裝備
15伺服機(jī)械壓力機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
151大噸位伺服機(jī)械壓力機(jī)的開發(fā)
152伺服機(jī)械壓力機(jī)的生產(chǎn)線
153降低重載伺服驅(qū)動(dòng)單元的成本
154多輸入以及多軸輸出伺服機(jī)械壓力機(jī)的開發(fā)
155能量回收、儲(chǔ)存和利用新技術(shù)研究與開發(fā)
156適用于伺服機(jī)械壓力機(jī)的高效重載傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和新型功能部件的
開發(fā)
157基于伺服機(jī)械壓力機(jī)的成形新工藝的開發(fā)
158基于伺服沖壓的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的開發(fā)
159新裝備—新工藝一體化:新一代智能化成形裝備
參考文獻(xiàn)
第2章伺服機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)分析
21傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)分析
211傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的負(fù)載特性
212傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)
213傳統(tǒng)機(jī)械壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性
22伺服機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)
221伺服機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
222伺服機(jī)械壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的性能要求
23復(fù)雜機(jī)構(gòu)的分解分析法
24伺服機(jī)械壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)的基本單元
241螺旋機(jī)構(gòu)
242曲柄機(jī)構(gòu)
243曲柄連桿機(jī)構(gòu)
244搖桿機(jī)構(gòu)
245肘桿機(jī)構(gòu)
246三角連桿肘桿機(jī)構(gòu)
25伺服機(jī)械壓力機(jī)常用的工作機(jī)構(gòu)
251曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
252曲柄肘桿機(jī)構(gòu)
253螺旋連桿肘桿機(jī)構(gòu)
254螺旋三角連桿肘桿機(jī)構(gòu)
255曲柄三角連桿肘桿機(jī)構(gòu)
26伺服機(jī)械壓力機(jī)的典型傳動(dòng)系統(tǒng)及產(chǎn)品示例
參考文獻(xiàn)
第3章伺服機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
31伺服機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求和步驟
311傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求
312設(shè)計(jì)步驟
32電動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算
321伺服機(jī)械壓力機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的要求
322驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)種類的選擇
323傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦損失
324電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速nm和額定轉(zhuǎn)矩Tm
325電動(dòng)機(jī)功率核算
33伺服機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)工作過程的數(shù)值模擬
331虛擬樣機(jī)技術(shù)
332ADAMS軟件簡(jiǎn)介
333數(shù)值模擬案例
34伺服機(jī)械壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
341定性定量?jī)刹皆O(shè)計(jì)方案
342基于速度瞬心的機(jī)械利益分析
343基于機(jī)械利益“錯(cuò)峰”的基本設(shè)計(jì)
344基于ADAMS的優(yōu)化設(shè)計(jì)
35伺服機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)示例
3514000kN伺服機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3524000kN伺服機(jī)械壓力機(jī)的工作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
36傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的其他問題
361減少傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)慣量
362減少傳動(dòng)鏈各環(huán)節(jié)間的間隙
363提高傳動(dòng)精度
364選用效率高、傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊的減速機(jī)構(gòu)
參考文獻(xiàn)
第4章伺服機(jī)械壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制
41交流伺服驅(qū)動(dòng)原理
411永磁同步電動(dòng)機(jī)
412交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
413驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)能量的回收與利用
42伺服機(jī)械壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制
421非線性有源可控機(jī)構(gòu)
422伺服控制方式
423伺服控制方案
424運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃
425控制硬件及控制策略
426電容參數(shù)計(jì)算
427伺服機(jī)械壓力機(jī)控制案例
參考文獻(xiàn)
第5章非同步雙伺服輸入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
51非同步雙伺服輸入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
511基本設(shè)計(jì)
512運(yùn)動(dòng)控制策略
513曲柄存在的條件
514運(yùn)動(dòng)學(xué)約束條件
515工作空間分析
52非同步雙伺服輸入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
521位移方程
522速度方程
523加速度方程
53非同步雙伺服輸入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析
54非同步雙伺服輸入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)值仿真
541虛擬樣機(jī)模型
542運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)特性仿真
5434種工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)特性對(duì)比
55非同步雙伺服輸入驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)整特性
551滑塊最大行程調(diào)整特性
552滑塊下死點(diǎn)補(bǔ)償特性
553動(dòng)力分配調(diào)整特性
554近似停歇調(diào)整特性
參考文獻(xiàn)
第6章伺服機(jī)械壓力機(jī)成形工藝編程及成形工藝程序庫
61成形工藝編程原理及參數(shù)化編程
611成形工藝編程和工藝庫的概念
612工藝編程和建立程序庫的基本原則
613工藝程序的編制方法
614成形工藝程序庫的結(jié)構(gòu)
62成形工藝程序編制
621設(shè)備基本參數(shù)
622默認(rèn)狀態(tài)
623常用成形工藝編程
第7章伺服成形裝備性能測(cè)試與試驗(yàn)
71單伺服輸入伺服機(jī)械壓力機(jī)基本性能測(cè)試
711試驗(yàn)樣機(jī)
712運(yùn)動(dòng)學(xué)特性測(cè)試
713動(dòng)力學(xué)特性測(cè)試
72雙伺服輸入伺服機(jī)械壓力機(jī)性能測(cè)試
721試驗(yàn)樣機(jī)
722控制方案
723運(yùn)動(dòng)學(xué)特性測(cè)試
724動(dòng)力學(xué)特性測(cè)試
73伺服機(jī)械壓力機(jī)工作性能測(cè)試
731伺服機(jī)械壓力機(jī)能耗對(duì)比試驗(yàn)
732伺服機(jī)械壓力機(jī)靜音沖裁試驗(yàn)
733鎂合金杯形件反擠壓試驗(yàn)
734伺服螺旋精壓機(jī)螺旋副傳動(dòng)效率測(cè)試
74其他伺服成形裝備工作性能測(cè)試
741伺服液壓機(jī)拉深工藝能耗對(duì)比試驗(yàn)
742伺服壓鑄機(jī)工作性能對(duì)比試驗(yàn)
參考文獻(xiàn)
第8章伺服成形技術(shù)的應(yīng)用
81伺服成形技術(shù)在板料成形加工中的應(yīng)用
811大型汽車覆蓋件伺服機(jī)械壓力機(jī)沖壓生產(chǎn)線
812超高強(qiáng)度鋼板熱沖壓成形
813沖裁
814精沖
815彎曲
816拉深
82伺服成形技術(shù)在體積成形加工中的應(yīng)用
821鎂合金多模式控制反擠壓
822無表面處理金屬冷擠壓
823模鍛與自由鍛
參考文獻(xiàn)
附錄伺服機(jī)械壓力機(jī)發(fā)展大事記