6.2 伺服液压机的国内外研究现状

1994年，日本株式会社小松制造所（KOMATSU）成功开发出了液压伺服压力机，并提出了自由运动压力机（Free Motion Press）的概念。美国的维德曼（WIDEMANN）和惠特尼（W.A.WHITNEY）公司，德国的通快（TRUMPF）和NIXOORF DARADORN公司，日本的会田（AIDA）和日清纺（NISSHINBO）公司，以及瑞士的拉斯金（RASKIN）公司也都在投入资金研发液压伺服压力机、转塔压力机或多工位机械压力机。

2012年11月德国汉诺威机床展上，德国福伊特（VOITH）液压公司展出1台50t伺服液压机样机，如图6-2所示，该样机采用了伺服电动机驱动内啮合齿轮泵，具有优良的工作性能。

近几十年来，直驱容积控制（DDVC）电液伺服系统得到了快速发展，它成功地将变频技术和交流伺服电动机技术应用于液压系统中，由于其液压系统不需要电液伺服阀，所以又称为无阀电液伺服系统。它具有电动机控制的灵活性和液压出力大的双重优点，而且与传统电液伺服系统相比，节能高效、小型集成化、环保、操作方便、价格经济，目前已经在多个领域的装置上得到应用并取得了很大的经济效益。世界上最早研究这种技术的国家是日本、德国和美国。日本第一电气株式会社研究无阀电液伺服系统已有十多年了，其产品也得到了广泛应用，并成功的将其应用在压力机上。日本的液压机生产公司成功将这种直驱容积控制方法应用于液压机，研发了泵控伺服液压机，这种液压机具有柔性高、节能降噪等众多优点，是液压机未来发展的一个重要方向。日本的伺服液压机技术一直处于领先地位。

日本网野公司已经研发了20000kN和6000kN的伺服液压机，如图6-3和图6-4所示，并成功应用于工业生产。

很多液压元件生产公司如力士乐、穆格等用交流伺服驱动技术改造液压传动系统，组成了一种新型的交流伺服电动机驱动的液压系统，并成功应用于折弯机、液压机等产品，被称为第三代液压机。

在国内，也有很多的企业院校投入精力和资金进行伺服液压机的研制开发。合肥合锻机床股份有限公司成功研发了SHPH系列数控伺服液压机，并成功将该系列液压机投向市场。新一代的SHPH系列数控伺服液压机具有节能、降噪和工艺用途广等优点，适用于金属件的冲压、浅拉深、整形、折弯、挤压，以及非金属件如纤维板、玻璃钢和塑料制品的压制成形。

玉环方博机械有限公司是一家专业致力于中小型液压机、伺服液压机及各种非标压力机的设计开发、制造与技术服务的高新技术企业。近些年，玉环方博机械有限公司成功研发了FBSY-SC系列四柱式伺服液压机、FBSY-C系列数控单柱伺服液压机和BSY-C系列数控单柱伺服液压机。这些伺服液压机均采用先进的泵控技术，采用伺服电动机直接驱动齿轮泵进行供油，压力稳定，主轴下行重复定位精度高。

西安交通大学赵升吨教授课题组提出了一种无液压泵交流伺服直驱式新型液压机的新原理传动方案，摒弃了传统的液压泵，巧妙地结合了机械压力机的飞轮传动与螺旋压力机的螺旋传动方式，采用交流伺服电动机直接驱动丝杠-螺母运动副的方式产生所需的油的压力势能，并采用液压增压缸原理，实现低速增力压制工作，回程采用刚性拉杆带动滑块的机械传动方式替代传统的液压回程方式，滑块空程与回程的速度显著提高。图6-5所示为该液压传动系统的原理图，滑块的工作流程如图6-6所示。

图6-6a为液压机的初始状态，滑块即主缸体的下端位于上死点的位置，此时交流伺服电动机正转，滚珠丝杠将下行，滚珠丝杠带动横向连杆、拉杆以及主缸体下行，滚珠丝杠的下端相当于活塞，推动柱塞内腔油液、小柱塞和主缸体下行，此时大充液阀开启，同时对主缸充液，拉杆和主缸体的法兰分离，如图6-6b所示为主缸体快速下行200mm时的状态，拉杆和主缸体的法兰已分离，分离距离为d mm；滑块即主缸体的下端接触到工作台上的负载，液压机开始低速压制状态，此时滚珠丝杠继续下行，副缸内压力将升高达到顺序阀预设开启压力，副缸中的液压油流入主缸中，由于增压作用，主缸内即可产生足够大的液压力，实现低速增力压制，拉杆和主缸体法兰分离距离增大，如图6-6c所示为液压机工作行程开始的状态即低速压制状态，拉杆和主缸体法兰分离距离为e mm；滑块压制结束后即开始回程状态，此时拉杆和主缸体法兰分离距离达到最大f mm，如图6-6d所示，此时交流伺服电动机反转，滚珠丝杠、横向连杆、拉杆组成的整体上行，小冲液阀开启对副缸充液，拉杆走完之前与主缸体法兰分离的距离f mm后，止脱螺母将主缸体与拉杆连接，主缸体将在拉杆的带动下以高速同步上行，此时小充液阀关闭，大充液阀反向开启，主缸向液压缸排液，同时顺序阀开启，使副缸中液压油排入主缸。

广东工业大学的孙友松教授等人探讨了节能型交流伺服液压机的工作原理，并对泵控伺服液压机的节能效果进行了分析。表6-1为泵控伺服液压机各节能环节。以拉深力482.08kN，压边力219.48kN，工件高度100mm，手工送料，循环时间33.1s为试验条件，在两种液压机上进行盒形件拉伸试验，通过试验发现，泵控伺服液压机比普通液压机节能26.5%。

重庆大学的王勇勤教授等人针对现代驱动装置中重载大功率与高精度、快速响应之间矛盾难以协调的难题，提出了电-液混合驱动的新思路，如图6-7所示，该系统综合伺服电动机驱动与液压驱动的优点，提出伺服电动机-液压混合分级驱动的思路，将大行程的驱动与高精度的驱动进行集成，提高大功率的驱动速度和驱动精度，为现代重型装备提供大功率精度驱动基础件。

2010年扬力集团旗下江苏国力锻压机床有限公司立项开发了125t混合伺服液压机，如图6-8所示，该125t混合伺服液压机样机已在2013年4月的北京国际机床展览会展出。该机的滑块重复定位精度可达到±0.01mm，在全吨位范围内的定压精度可达±0.02MPa，同时最高速度运行下的噪声只有72dB，较欧洲标准的液压机噪声限值85dB还要小。该伺服液压机直接通过伺服电动机和定量齿轮泵为液压系统提供能量，只需控制伺服电动机转速就可以得到不同流量，结构简单。