4.3 數控沖剪折機床
數控沖、剪、折是指數控沖床、數控剪板機、數控折彎機,是鈑金加工不可缺少的成套設備。隨著我國經濟的快速發展,產品的個性化需求越來越突出,因此,加工設備的數控化比例越來越高。目前,我國市場上國產中低檔數控沖剪折產品基本取代了進口產品,性價比高,能夠滿足絕大部分用戶的要求,并正以較快的增長速度進入國外市場;我國數控沖剪折設備技術進步很快,但國產高端產品很少,和國外高端產品比差距較大。
4.3.1 國內數控沖床的現狀及數控轉塔沖床的發展趨勢
國產數控轉塔沖床技術發展很快,現在年產量已達1000多臺,盡管數量很大但尚屬中低檔產品,性能基本滿足國內需要,具有良好的性價比。數控轉塔沖床占我國數控沖床產量的絕大多數。根據國產數控沖床的技術發展現狀,我國在高端產品上獲得突破還需要幾年的時間。
目前,由于國產配套件的性能有待提高,國產數控沖床的數控系統、精密滾珠絲杠、直線導軌、液壓動力頭等關鍵配套件主要采用進口產品。
數控沖床的發展表現在高速、多功能、環保節能三個方面。高速是指加工效率的綜合高效性,多功能是指機床自身功能的完善和多種加工功能,環保節能是指機床的噪音、污染、電能消耗明顯降低
4.3.2 國產數控折彎機現狀及發展趨勢
我國折彎機年產量估計在9000臺左右,其中數控折彎機在3000臺以上。我國生產的折彎機已經達到國際先進水平,除滿足國內需要外正以較快的增長速度銷往國際市場。在數控液壓折彎機中電液伺服同步折彎機約占一半。高端數控折彎機指8軸及以上、高速、高精度、配有折彎專家系統的折彎機。我國可以生產高端折彎機,但和國際領先水平相比尚有一些差距,主要表現在速度和精度上的差距。通過數控系統輸入折彎件斷面圖形,數控系統能檢查工件和模具的干涉情況,優化折彎順序,自動生成折彎程序。
數控折彎機以電液伺服同步淘汰扭軸同步是發展的必然趨勢,如果電液集成系統國產化,降低制造成本,這種淘汰的速度會更快。
4.3.3 我國數控剪板機的現狀及發展趨勢
剪板機結構比較簡單,技術含量不是很高,數控化容易。我國剪板機年產量在7000臺左右,液壓剪板機占80% 以上;數控剪板機年產量在3000臺左右;閘式剪板機和擺式剪板機的比例約為1:2,這一比例在持續提高。國產剪板機完全能滿足國內需要,并大量出口。國產剪板機可剪切碳鋼板板厚達30mm;剪切長度達12m。
數控閘式剪板機淘汰數控擺式剪板機趨勢明顯。數控前送料剪板機、數控直角剪板機的生產量會越來越大。適應板材配送中心要求的以大型直角剪板機為主機的剪切中心,是數控剪板機發展的方向之一。
4.4 數控電動伺服壓力機現狀
近些年來,電力電子技術以及其它高新技術得到迅速發展,在大功率交流伺服驅動技術方面出現了重大突破。由交流伺服電機驅動的機械壓力機稱之為數控電動伺服壓力機。它以交流伺服電機取代普通異步感應電機,采用計算機控制,不但保持機械壓力機的種種優點,而且改變了其工作特性不可調的缺點,使機械驅動的成形裝備也具有了柔性化、智能化的特點,工作性能和工藝適應性大大提高;還具有簡化結構、減少體積、降低能耗等一系列優點。短短十多年,其應用領域已經發展到折彎機、曲柄壓力機、數控回轉頭壓力機、螺旋壓力機等各種成形設備。
4.4.1 交流伺服壓力機的特點
1)實現壓力機的柔性化和智能化,工作性能提高;
2)精度高,滑塊的任意位置(包括下死點)可以準確控制;
3)簡化傳動環節,提高可靠性、縮小體積、節能;
4)環保,無油液污染;傳動噪音低,可實現靜音沖裁,改善了生產環境;
5)提高模具壽命和生產率及設備使用壽命。
4.4.2 數控伺服壓力機典型產品
1)直線伺服電機直接驅動壓力機
2)電動數控伺服折彎機
3)數控回轉頭壓力機
4)伺服曲柄壓力機
5)螺旋精密壓力機
6)伺服電動螺旋壓力機
4.4.3 交流伺服壓力機若干關鍵技術
1)大功率交流伺服電機及其驅動控制技術
交流伺服驅動技術是數控伺服壓力機發展的核心技術,其發展的基礎在于近些年來大功率交流伺服電機、電力電子器件以及交流伺服控制技術三方面的突破。
2)無飛輪壓力機傳動系統設計
伺服壓力機沒有專門的飛輪,伺服壓力機的設計必須采用新的設計理論和方法。
3)調速能量的回收
伺服壓力機在運行時因為要經常改變速度,減速時采用電磁制動,運動部件減速的動能轉變為電能。要進行能量的回收。
4)重載高效螺旋傳動技術
在伺服電機驅動的成形裝備中,廣泛采用螺旋副將旋轉運動轉換為直線運動。開發低成本重載高效精密螺旋副成了伺服成形裝備亟待解決的問題之一。
5)基于伺服壓力機的成形工藝優化
伺服壓力機只有與各種成形優化工藝結合,才能發揮出它的優越性。研究各種成形工藝的成形機理,建立適合該成形工藝的優化參數,對于提高產品質量和生產效率、降低生產成本具有十分重要的意義。
4.4.4 基于伺服壓力機的成形工藝舉例
1)靜音沖裁
沖裁時材料斷裂的瞬間,工作負荷突然消失,因而產生劇烈的振動和巨大的噪音。KOMATSU公司聲稱,采用伺服壓力機可以消除沖裁噪音能量99%。這里,變速點的控制是關鍵。
2)盒形件拉深
高強度、超高強度鋼成形性能差,易裂紋、起皺,變速拉深可以改善成形性能,提高成形極限20-30%,降低廢品率。這對汽車覆蓋件加工有重要的意義。
3)鎂合金擠壓成形
鎂合金的塑性成形一直是金屬成形加工的一個難題。KOMATSU公司在其HCP3000伺服壓力機上成功地完成了鎂合金杯形件的反擠壓成形。滑塊在一個循環內經歷了4種不同的速度,其中擠壓過程還是恒壓控制。顯然,在普通機械壓力機上這一工藝是無法實現的。
4.4.5 國內研究開發概況
目前國內已經有不少單位開展了伺服壓力機相關技術的研究與開發工作,但是真正實現批量生產能力并進行商品化生產的并不多。原因盡管很多,但其中重要的一點就是:大功率交流伺服電機和驅動控制單元的價格和性能。依賴進口相關技術和器件,價格太高,市場難以接受;采用國產器件,其性能尚待提高和改進。
開關磁阻電機是一種新型電機,與永磁同步電機相比,具有結構簡單、控制方便、價格較低等優點。國內已有單位開展了基于開關磁阻電機的電動螺旋壓力機和曲柄壓力機的研究,具有一定特色。
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