3.4 今后主要研究与开发的内容

交流伺服电动机直接驱动的压力机作为一种新型压力机，被称为第三代压力机，在国际上只有10年左右的发展历史，针对它的研发方兴未艾。根据作者对多种型号伺服压力机的分析和研究，总结出如需成功研制出一台性能完善、市场竞争力强的交流伺服压力机，必须解决交流伺服压力机涉及的关键技术问题。

1．交流伺服压力机高效性与交流伺服电动机转速范围的矛盾

在工业实际中，为了提高压力机的行程次数，提高生产率，必然降低行程时间；同时，在不影响工件加工质量的前提下，必然要提高压力机非冲压阶段的速度，降低冲压阶段的速度，那就要求交流伺服电动机的转速范围足够大，在使用滚珠丝杠这类线性速度传动装置时，这个问题特别明显。

2．交流伺服电动机额定转矩与阻力矩大小匹配矛盾

压力机冲压阶段具有非常高的冲击力，转换到电动机主轴上的阻力矩比较大，而在成本合理的前提下，交流伺服电动机提供的转矩一般不能满足要求。对规格较小的J23-63型公称压力为630kN的通用机械压力机，曲柄上所需传递的转矩为22500N·m，而通常这种机械压力机滑块行程次数为70次/min左右，在其传动系统中常采用交流异步电动机驱动，一级皮带和一级齿轮传动，这样总的传动比将会大于100，即这种简单计算需要电动机输出转矩高达22500/100=225N·m，而国内外仅有极少数的公司可生产具有较大转矩和功率的交流伺服电动机，为满足630kN机械压力机工作时对电动机要求的225N·m的转矩，必须选用堵转转矩为280N·m、功率为37kW的交流伺服电动机，而目前国内外市场上1kW的交流伺服电动机价格大致为1万元人民币，这样仅37kW的交流伺服电动机的售价就上十万元，但工业生产中普通交流异步电动机驱动的J23-63型机械压力机总售价才13万元，因此采用交流伺服电动机直接驱动而不采用增力机构的机械压力机，经济性太差，无市场推广前景。

3．交流伺服压力机柔性化、高精度的实现

要体现交流伺服压力机加工高精度的特点，必须建立适当的闭环控制系统，能及时根据实际情况调整滑块行程和滑块下死点位置；交流伺服压力机柔性化生产必然要求滑块针对不同的工艺具有相应的速度曲线，所以需要根据不同的工艺编制相应的交流伺服电动机转速控制程序。

4．无飞轮无离合器压力机传动系统的设计开发

伺服压力机不需要飞轮和离合器等，工作形式也和传统的机械压力机有很大区别，伺服压力机采用新的设计理论和设计方法。采用大导程滚珠丝杠直驱，还是采用一级皮带或一级齿轮传动后驱动，或是采用具有增力效果的连杆工作机构等，这些都有必要进行深入的研究和分析。

5．大功率大转矩交流伺服电动机及其控制技术

伺服压力机要求伺服电动机必须满足转动惯量小，动态性能好，大转矩，大功率和控制性能优良等要求。交流伺服电动机是伺服压力机中的核心部件，但是目前的交流伺服电动机只能满足小型或中型伺服压力机的需求。由于功率和转矩受限，伺服电动机还无法满足大型压力机的需求。因此，目前还没有公司能够生产大型的伺服压力机。为了满足伺服压力机的柔性可控，伺服电动机的控制驱动技术也是未来需要研究的重点内容。此外，交流伺服电动机驱动控制单元的价格一般要高于伺服电动机本身，因此，推动电子电力器件等硬件技术的进步也有助于促进伺服压力机的发展。

6．高效重载的螺旋传动技术和方法

很多伺服压力机采用了伺服电动机驱动螺旋传动的方式将旋转运动转换为直线运动，从而带动工作机构或滑块做往复直线运动。目前在伺服压力机上常见的螺旋传动方式为螺母螺杆机构和滚珠丝杠机构。但螺母螺杆机构存在摩擦大、工作效率低等缺点，而滚珠丝杠又存在承载能力低、价格高等缺点。因此，研发低成本高承载能力的螺旋传动方式就成了伺服压力机亟须解决的问题之一。目前，很多公司投入资金研发生产行星滚柱丝杠，行星滚柱丝杠具有承载能力强、运动平稳等优点，将成为未来螺旋传动方式的重要发展方向之一。此外，开发新的耐磨减摩材料，研发新的复合材料，改善润滑条件，也成了螺旋传动技术重要的研究内容。

7．适用于伺服压力机的成形工艺

普通机械压力机的运动特性是固定不变的，工艺参数的设定也是固定的，无法根据实际需求进行配置和优化。但是伺服压力机针对不同的加工材料和加工工艺，可以采用不同的工作曲线。锻压能量可以实现伺服控制，可以在需要的范围内数字设定滑块的工作曲线，有效提高压力机的工艺范围和加工性能。伺服压力机的锻压参数可以实现实时记录，能够实现压力机的信息化管理。研究各种材料和工艺的成形机理和规律，探讨适用于伺服压力机的成形工艺的优化参数，对于提高制件质量和生产效率具有重要意义。不同的材料和制件可以按照不同的优化目标合理选择工艺参数，实现最优加工。