全新伺服机械压力机孙友松 胡建国 程永奇9787111633037

序前言章绪论11锻压机械与机械压力机111锻压机械的分类112机械压力机12电气传动与交流伺服驱动121电气传动的历史：直流调速，交流不调速122交流调速技术的兴起1交流调速与伺服驱动13伺服机械压力机131伺服机械压力机的发展概况132伺服机械压力机的特点14典型伺成形备141成形装备伺服驱动的实现方式142典型伺成形备15伺服机械压力机的发展趋势151大吨位伺服机械压力机的开发152伺服机械压力机的生产线153降低重载伺服驱动单元的成本154多输入以及多轴输出伺服机械压力机的开发155能量回收、储存和利用新技术研究与开发156适用于伺服机械压力机的高效重载传动系统的设计方法和新型功能部件的开发157基于伺服机械压力机的成形新工艺的开发158基于伺服冲压的计算机模拟技术的开发159新装备—新工艺一体化：新一代智能化成形装备参考文献第2章伺服机械压力机传动系统分析21传统机械压力机的传动系统分析211传统机械压力机的负载特212传统机械压力机的传动系统213传统机械压力机的驱动特22伺服机械压力机传动系统的特点221伺服机械压力机传动系统的结构特点222伺服机械压力机驱动传动系统的能要求复杂机构的分解分析法24伺服机械压力机工作机构的基本单元241螺旋机构242曲柄机构243曲柄连杆机构244摇杆机构245肘杆机构246三角连杆肘杆机构25伺服机械压力机常用的工作机构251曲柄滑块机构252曲柄肘杆机构253螺旋连杆肘杆机构254螺旋三角连杆肘杆机构255曲柄三角连杆肘杆机构26伺服机械压力机的典型传动系统及产品示例参考文献第3章伺服机械压力机传动系统设计31伺服机械压力机传动系统设计的基本要求和步骤311传动系统设计的基本要求312设计步骤32电动机的选择与计算321伺服机械压力机对驱动电动机的要求322驱动电动机种类的选择3传动环节的摩擦损失324电动机额定转速nm和额定转矩Tm 325电动机功率核算33伺服机械压力机传动系统工作过程的数值模拟331虚拟样机技术332ADAMS软件简介333数值模拟案例34伺服机械压力机工作机构的优化设计341定定量两步设计方案342基于速度瞬心的机械利益分析343基于机械利益“错峰”的基本设计344基于ADAMS的优化设计35伺服机械压力机传动系统的设计示例3514000kN伺服机械压力机传动系统的设计计算3524000kN伺服机械压力机的工作机构结构设计36传动系统结构设计应注意的问题361减少传动系统的运动惯量362减少传动链各环节间的间隙363提高传动精度364选用效率高、传动比大、结构紧凑的减速机构参考文献第4章伺服机械压力机的驱动与控制41交流伺服驱动原理411永磁同步电动机412交流伺服驱动系统413驱动电动机能量的回收与利用42伺服机械压力机的驱动与控制421非线有源可控机构422伺服控制方式4伺服控制方案424运动轨迹规划425控制硬件及控制策略426电容参数计算427伺服机械压力机控制案例参考文献第5章非同步双伺服输入驱动系统51非同步双伺服输入驱动系统的设计511基本设计512运动控制策略513曲柄存在的条件514运动学约束条件515工作空间分析52非同步双伺服输入驱动系统的运动学分析521位移方程522速度方程5加速度方程53非同步双伺服输入驱动系统的动力学分析54非同步双伺服输入驱动系统的数值1虚拟样机模型542运动学与动力学特34种工作机构的运动学与动力学特对比55非同步双伺服输入驱动系统的调整特551滑块优选行程调整特552滑块下死点补偿特553动力分配调整特554近似停歇调整特参考文献第6章伺服机械压力机成形工艺编程及成形工艺程序库61成形工艺编程原理及参数化编程611成形工艺编程和工艺库的概念612工艺编程和建立程序库的基本原则613工艺程序的编制方法614成形工艺程序库的结构62成形工艺程序编制621设备基本参数622默认状态6常用成形工艺编程第7章伺成形备能测试与试验71单伺服输入伺服机械压力机基本能测试711试样712运动学特测试713动力学特测试72双伺服输入伺服机械压力机能测试721试样722控制方案7运动学特测试724动力学特测试73伺服机械压力机工作能测试731伺服机械压力机能耗对比试验732伺服机械压力机静音冲裁试验733镁合金杯形件反挤压试验734伺服螺旋精压机螺旋副传动效率测试74伺成形备工作能测试741伺服液压机拉深工艺能耗对比试验742伺服压铸机工作能对比试验参考文献第8章伺服成形技术的应用81伺服成形技术在板料成形加工中的应用811大型汽车覆盖件伺服机械压力机冲压生产线812超高强度钢板热冲压成形813冲裁814精冲815弯曲816拉深82伺服成形技术在体积成形加工中的应用821镁合金多模式控制反挤压822无表面处理金属冷挤压8模锻与自由锻参考文献附录伺服机械压力机发展大事记

机械压力机是运用广的锻压机床，数量占全部锻压机械的80%以上，广泛应用于汽车制造、家用电器制造和信息装备制造等支柱产业。据2000年统计，机械压力机的国内保有量就已经超过100万台。传统机械压力机采用感应电动机驱动，传动链有巨大的飞轮，用离合器制动器控制，结构复杂、体积庞大，工作特无法改变，能效仅为20%左右，不能适应现代智能化、绿色环保的生产要求。长期以来，人们一直在寻求解决办法，但由于技术的限制，锻压装备领域这一老大难问题一直得不到解决，机械压力机的传动模式一余来没有根本的变化。重载交流伺服驱动技术的出现为改变这一局面带来了契机，它具有柔化、智能化、节能环保等特点，正引发传统成形装备领域的一场，成为世界成形装备技术的展方向，伺服机械压力机为其中典型的代表。新型伺服机械压力机采用大功率交流伺服电动机驱动，去除了飞轮、离合器和制动器，不但使传统粗大笨重的压力机“瘦身”，而且滑块运动可以编程控制，能柔可调、能大幅节能。伺服机械压力机技术起源于日本，商品化产品在世纪之交才问世，虽只有20年历史，但发展十分迅猛，日本、德国等国的主要锻压装备制造厂家均把伺服机械压力机作为主要发展方向，已制订了相应的行业标准。 我国锻压装备制造行业紧跟世界潮流，纷纷开展这一新技术的研究和产品开发，国内诸多重点高校从21世纪初期就开展了相关技术研究，2009年“大型伺服机械压力机”正式列入重大科技专项，包括济南二机床集团有限公司等国内各主要锻压机床制造厂家都开展了伺服机械压力机新产品的开发。广汽丰田汽车有限公司（简称广汽丰田）、广汽本田汽车有限公司（简称广汽本田）、上汽大众汽车有限公司（简称上汽大众）、东风汽车有限公司载重车公司和奇瑞汽车股份有限公司等国内知名汽车制造厂家近年来纷纷了大型伺服机械压力机生产线，提高了生产率和产品质量，降低了能耗和噪声污染，提高了自动化、智能化水平，改变了锻压生产面貌。对于正进行伺服机械压力机新产品开发的人员而言，由于新设备与传统压力机的设计、驱动和控制原理有极大的不同，亟须有可借鉴的设计理论和方法；而对广大新设备的使用者而言，迫切需要详细的技术资料，帮他们更深入地了解设备的工作原理、设计和控制方法，尤其是如何充分利用新设备能可控的优势，开发出合的锻压新工艺，充分发挥出新设备的潜力。作者所在的科研团队在21世纪初即开始了这一技术的研究，近二十年来，在伺服机械压力机的设计、控制、数值模拟、能量回收、工艺开发和能试验等方面进行了探索，取得了一些初步成果。与企业合作，先后开发了1100kN、4000kN伺服机械压力机,以及630kN伺服螺旋精压机、2250kN伺服液压机，并完成了8000kN压铸机的伺服化改造。 鉴于国内目前尚无一本伺服机械压力机专著，本着抛砖引玉的精神，作者在团队十多年研究开发工作的基础上，写作了这本专著，以期将我们在此领域的研究心得体会奉献出来，供大家参考借鉴。若能对读者有所帮，作者将感到莫大欣慰。全书共8章，主线为：背景核心技术问题应用。首先介绍伺服机械压力机产生的背景、发展概况和目前的发展趋势；然后叙述传动系统、驱动控制系统的设计方法。为解决复杂多连杆机构的设计分析难点，弥补计算机优化设计的不足，提出了“分解分析”“偏置设计”和“错峰设计”等方法。专门用一章介绍了课题组开的一种串联非同步双伺服输入压力机。书中还叙述了基于伺服机械压力机的成形工艺编程原理及工艺库的概念，提供了课题组所做的若干伺成形备的测试试验。介绍了国内外一些典型的伺服成形技术应用实例。 全书由孙友松教授主持制订编写大纲和统稿，负责章、第2章、第6章、第8章的部分内容，以及31、3、和74节内容的撰写；胡建国副教授负责第2章的计算机计算、第4章、第5章，以及33、34、71和72节内容的撰写；程永奇副教授负责35、73节和第8章部分内容的撰写。作者在此特别感谢研究团队的魏良模副教授和章争荣教授。魏良模副教授花费大量时间数次审阅文稿，尤其对第2章和第3章的内容提出了许多建设的意见。章争荣教授在团队中早提出串联非同步双伺服驱动的思想并在这方面做了大量工作。郑洪波博士、冼灿标硕士完成了液压伺服直驱的研究工作。林怡青教授、李大红副教授、曾文曲教授和朱新榕副教授在机构设计方面提供了诸多指导。团队的刘伟不错、潘晓涛副教授、黎勉不错，以及魏航、史国亮、肖阳、方雅、何寄平、陈辉、张瑛、刘艳和周先辉等同志在研究开发过程中做出了诸多贡献。广东锻压机床厂有限公司和广东宏兴机械有限公司在研究提了全面的合作和支持，在此一并表示衷心的感谢！ 尽管作者研究团队多年从事伺成形备的研究工作，但对这项新技术尚处于认识过程之中，尤其此项技术涉及材料加工、机械、电机、自动控制和计算机等多个领域，限于作者的知识面和水平，书中难免有片面和错误之处，诚恳地希望读者批评指正。众所周知，机械压力机是应用普遍也是重要的锻压设备。传统的机械压力机采用感应电动机驱动、飞轮储能、离合器制动器控制，不仅工作特不可控，而且存在传动链长、能耗高、可靠低等缺点。长期以来，由于技术的限制，锻压装备领域这一老大难问题一直未能得到解决，机械压力机的传动模式一余来没有根本的变化。 重载交流伺服驱动技术的出现为改变这一局面带来了契机，它以柔化、智能化、节能环保等特点，正引发传统成形装备领域的一场，成为世界成形装备技术的展方向。新型伺服机械压力机采用大功率交流伺服电动机驱动，去除了飞轮、离合器和制动器，不但使传统粗大笨重的压力机“瘦身”，而且滑块运动可以编程控制，能柔可调，可以做到大幅度的节能。日本在20世纪末开始研究和开发伺服机械压力机，在近二十年里发展十分迅速。伺服机械压力机具有节能和智能的优点，被称为“第三代压力机”，在世界各国竞相发展，成了“促进21世纪产业发展的宠儿”。 广东工业大学孙友松教授及其团队紧跟学发展的新潮流，在21世纪初便开始了伺服机械压力机的研究，目前已完成省级以上相关科研课题8项，开发出1100kN、4000kN伺服机械压力机以及多种不同类型的新产品，在2004年取得伺服压力机国内首件，共获得发明授权7项，发表相关文章40余篇。 集近20年伺服机械压力机研究之大成，孙友松教授等撰写了这部《伺服机械压力机》专著。 本书围绕伺服机械压力机的系列核心技术进行阐述，内容包括伺服驱动的基本原理、伺服机械压力机传动系统的分析与设计方法、伺服压力机驱动系统与控制系统的工作原理与设计方法、伺服机械压力机的成形工艺编程及工艺程序库的建立、伺成形备的能测试与试验等。这是作者多年来潜心研究和产品开发工作的结晶，既有理论阐述，又有试验和示例佐，具有鲜明的技术特色和重要的研读价值。 发展伺服机械压力机是促进传统产业改造升级，在锻压行业实现“”的重要途径，需要引起业界的高度重视。我相信，本书的出版将会满足材料成形方向和相关机械学科生、和广大科技工作者的迫切需要，对从事伺服机械压力机开发的锻压装备制造企业也是很大的技术支持。 院士 华中科技大学材料科学与工程学院教授 李德群

——本书为“十三五”重点出版物出版规划项目详述伺服机械压力机核心技术汇集了作者及其科研团队近二十年的研究心得提出了分解分析、偏置设计、错峰设计等新方法展示了靠前外典型伺服成形技术应用实例