图3.9 滑块的尺寸图
4 伺服电机选型
4.1 伺服电机直接驱动可行性分析
在直接驱动技术最初研究中，由于受到不少技术的局限性而无法得以实现。随着新材料、电力电子及微处理技术、控制理论与电机理论的发展，压力机采用伺服电机直接驱动的条件已逐渐成熟。
(1)大功率伺服电机的研制
驱动装置是所有机电系统的核心，提供装备所需动力并实现所需的运动。长期以来，重载驱动场合均采用直流电机，但由于其结构存在机械换向和电刷这一致命弱点，而伺服电机功率不足，限制了其在压力机中的应用。1983年日本和美国分别发明了稀土制作的强永磁合金钕铁硼（NdFeB），经过三代发展，现已成为性能最好的永磁材料，其磁能积高出铁氧体一个数量极以上。用这种强磁合金制造的同步电机体积小、重量轻、出力大，效率高，动作快。同时，在工业应用中，交流同步伺服电机相比于异步伺服电机在可控性、过载能力、可靠性、体积、重量、节能、效率及耐受环境等方面具有较大的优势。此外，同步电机比较容易实现电气制动，储存制动能量，这对于间歇工作的成形装备，具有重要的意义。大转矩、高效率的永磁同步伺服电机应用到机械压力机具有明显的潜力。日本FANUC、安川公司都已研制出了最高功率高达150kw的交流伺服系列电机。
(2)电机储能及电网冲击
曲柄压力机的负载属于冲击负载，在短时间内达到较高的工作负荷，依此时间内计算的功率选择电机，电机的容量将会很大，因此传统方式是设置飞轮以减少电机功率。在交流伺服驱动的机械压力机中，为获得运动的可控性，取消了飞轮，使传动部分的惯量减到最小，工作负荷全部靠电机瞬时转矩克服。但如果仅以电机来驱动负载，同样存在着电机容量大，价格昂贵的问题。通过理论及试验验证，发现可以通过在控制电路中增加“电子飞轮”—储能电容的方式来实现原本由飞轮来完成的能量存储及瞬时能量释放。压力机空行程时电机可低功率运行，而在工作行程内，通过电容瞬时放电辅助，输出所需的冲压力矩，这样可大大减少电机的体积、功率。
同时，在伺服电机直接驱动情况下，无飞轮储能，电机释放瞬时扭矩来克服工作负荷时将产生很大的电流冲击，若不采取相应措施，将对电网造成隐患。伺服电机驱动电路设置的储能装置，将起到“飞轮”的作用，空行程时储存电能，工作行程中为
电机提供瞬时大电流，减速时，采用电磁制动，电机作发电运行，产生的能量由储能电容储存。
(3)驱动控制技术的进步
交流同步伺服电机的运行离不开驱动控制电路,电力电子技术及微处理技术进一步推动了同步伺服电机在成形装备中的实用价值。随着功率开关管从早期的晶闸管发展到目前的智能模块(IPM)，使)电机的驱动装置向着重量轻、体积小、高效率、高可靠性、高性能、高精度、多功能及智能化方向发展。同时，高速微处理器和DSP器件的出现，使控制器实现了半数字化的数模混合控制和全数字化的控制，运行速度、处理能力提高很大，而且还有专用的控制芯片出现。
4.2 电机选型分析
压力机加工具有负载大、冲击强的特征，直接驱动用伺服电机与传统压力机用电机相比，需要输出更大的扭矩，具备更强的抗扰动能力。因此，有必要对直接驱动用伺服电机选型进行分析。电机两个主要选型参数为额定功率和额定输出扭矩，其中电机功率计算除了分析压力机一个工作周期所消耗的能量，还应考虑加减速动态过程。 4.2.1 功率计算
已知曲柄压力机参数:公称压力Pg＝600KN，滑块行程140mm，公称力行程5mm，平均行程次数为57spm（25～75），封高调节量为80mm，公称压力角
?g?19.629?，曲
柄半径R＝70mm，连杆长度L=640mm，连杆系数??R/L?0.109，齿轮传动机构减速比为10。
本项目中计算伺服电机功率时，应考虑两部分:首先是恒速驱动时一个工作周期所消耗的能量,其次是加速时消耗的能量。
(1)恒速驱动下电机功率计算
压力机一个工作循环所消耗的能量A为：
A?A1?A2?A3?A4?A5 （4-1） 式（4-1）中：
A1A2A3
为工件变形功（属有效能量）；
为拉深垫工作功，即进行拉深工艺时压边所需的功（属有效能量）； 为工作行程中曲柄滑块机构摩擦消耗的能量；
A4A5为工作行程时压力机受力系统的弹性变形所消耗的能量； 为压力机空程向下和空程向上时所消耗的能量。
A1(a)工件变形功
曲柄压力机通常用于冲裁、拉深、模锻和挤压等工艺，不同工艺工件变形所需的能量不同，在工作行程内压力机的工作负荷如图4.3所示。通用压力机是以厚板冲裁负荷作为变形功的计算依据。
PPgP—变形力S—滑块行程0hS 图4.3 压力机工作负荷图
在冲裁工件时,当冲头进入到板料厚度的0.4～0.5倍时板料即断裂,因此通常取
h=0.45h0 （4-2）
式中 h0为板料厚度，h为切断厚度。
将图4.3中的曲线视为三角形，则冲裁时的变形功为
1A1＝Pgh （4-3）
2考虑到曲线为鼓形，应增加裕量，则：
A1＝0.7Pgh （4-4） 将式（4-2）代入（4-4）得：
A1＝0.315Pgh （4-5） 对于单级传动压力机，有以下经验公式：
h0=0.2Pg （4-6） 则：A1＝0.315?600?103?0.2?600?10-3＝926 J
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