采用交流伺服驅動的伺服機械壓力機去除了飛輪、離合器和制動器等笨重的裝置，靠電動機瞬時轉矩進行壓制工作，由計算機控制，不僅能夠大幅節(jié)能，而且其工作參數可控、運動曲線可編程。它改變了傳統(tǒng)成形裝備控制性能差、工藝適應范圍窄、能耗高、可靠性低等缺點，是典型的新一代綠色智能化裝備。
伺服機械壓力機的設計、控制和使用與傳統(tǒng)壓力機大不相同。這種新型壓力機的工作原理如何？其傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)應當怎樣設計？沖壓程序如何編制，才能充分發(fā)揮壓力機的柔性，取得*好的工作效果？這都是伺服機械壓力機在設計和使用中首先要解決的問題。
作者及其科研團隊近二十年來完成了多項伺服機械壓力機相關項目的研究和產品開發(fā)工作，在這些研究開發(fā)工作的基礎上，本書試圖就伺服機械壓力機的核心技術問題進行一次全面的論述和總結。本書的主要內容包括：①伺服機械壓力機的出現、經濟背景、國內外發(fā)展概況和發(fā)展趨勢；②伺服機械壓力機傳動系統(tǒng)的分析及設計方法；③伺服機械壓力機驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的工作原理及設計方法；④伺服機械壓力機的成形工藝編程及工藝程序庫；⑤伺服成形裝備的性能測試與試驗。
本書可供從事材料成形與加工的科研人員和技術人員使用，也可供相關管理人員借鑒，還可供高等院校相關專業(yè)的研究生和高年級本科生參考。
——本書為“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目
★詳述伺服機械壓力機核心技術
★匯集了作者及其科研團隊近二十年的研究心得
★提出了分解分析、偏置設計、錯峰設計等新方法
★展示了國內外典型伺服成形技術應用實例
機械壓力機是運用最廣的鍛壓機床，數量占全部鍛壓機械的80%以上，廣泛應用于汽車制造、家用電器制造和電子信息裝備制造等國家支柱產業(yè)。據2000年統(tǒng)計，機械壓力機的國內保有量就已經超過100萬臺。
傳統(tǒng)機械壓力機采用感應電動機驅動，傳動鏈有巨大的飛輪，用離合器制動器控制，結構復雜、體積龐大，工作特性無法改變，能效僅為20%左右，不能適應現代智能化、綠色環(huán)保的生產要求。長期以來，人們一直在尋求解決辦法，但由于技術的限制，鍛壓裝備領域這一老大難問題一直得不到解決，機械壓力機的傳動模式一百余年來沒有根本的變化。
重載交流伺服驅動技術的出現為改變這一局面帶來了契機，它具有柔性化、智能化、節(jié)能環(huán)保等特點，正引發(fā)傳統(tǒng)成形裝備領域的一場革命，成為世界成形裝備技術的最新發(fā)展方向，伺服機械壓力機為其中最典型的代表。新型伺服機械壓力機采用大功率交流伺服電動機驅動，去除了飛輪、離合器和制動器，不但使傳統(tǒng)粗大笨重的壓力機“瘦身”，而且滑塊運動可以編程控制，性能柔性可調、能大幅節(jié)能。伺服機械壓力機技術起源于日本，商品化產品在世紀之交才問世，雖只有20年歷史，但發(fā)展十分迅猛，日本、德國等國的主要鍛壓裝備制造廠家均把伺服機械壓力機作為主要發(fā)展方向，已制訂了相應的行業(yè)標準。
我國鍛壓裝備制造行業(yè)緊跟世界潮流，紛紛開展這一新技術的研究和產品開發(fā)，國內諸多重點高校從21世紀初期就開展了相關技術研究，2009年“大型伺服機械壓力機”正式列入國家重大科技專項，包括濟南二機床集團有限公司等國內各主要鍛壓機床制造廠家都開展了伺服機械壓力機新產品的開發(fā)。廣汽豐田汽車有限公司（簡稱廣汽豐田）、廣汽本田汽車有限公司（簡稱廣汽本田）、上汽大眾汽車有限公司（簡稱上汽大眾）、東風汽車有限公司載重車公司和奇瑞汽車股份有限公司等國內知名汽車制造廠家近年來紛紛引進了大型伺服機械壓力機生產線，提高了生產率和產品質量，降低了能耗和噪聲污染，提高了自動化、智能化水平，改變了鍛壓生產面貌。
對于正進行伺服機械壓力機新產品開發(fā)的人員而言，由于新設備與傳統(tǒng)壓力機的設計、驅動和控制原理有極大的不同，亟須有可借鑒的設計理論和方法；而對廣大新設備的使用者而言，迫切需要詳細的技術資料，幫助他們更深入地了解設備的工作原理、設計和控制方法，尤其是如何充分利用新設備性能可控的優(yōu)勢，開發(fā)出最合適的鍛壓新工藝，充分發(fā)揮出新設備的潛力。
作者所在的科研團隊在21世紀初即開始了這一技術的研究，近二十年來，在伺服機械壓力機的設計、控制、數值模擬、能量回收、工藝開發(fā)和性能試驗等方面進行了探索，取得了一些初步成果。與企業(yè)合作，先后開發(fā)了1100kN、4000kN伺服機械壓力機,以及630kN伺服螺旋精壓機、2250kN伺服液壓機，并完成了8000kN壓鑄機的伺服化改造。
鑒于國內目前尚無一本伺服機械壓力機專著，本著拋磚引玉的精神，作者在團隊十多年研究開發(fā)工作的基礎上，寫作了這本專著，以期將我們在此領域的研究心得體會奉獻出來，供大家參考借鑒。若能對讀者有所幫助，作者將感到莫大欣慰。
全書共8章，主線為：背景核心技術問題應用。首先介紹伺服機械壓力機產生的背景、發(fā)展概況和目前的發(fā)展趨勢；然后敘述傳動系統(tǒng)、驅動控制系統(tǒng)的設計方法。為解決復雜多連桿機構的設計分析難點，彌補計算機優(yōu)化設計的不足，提出了“分解分析”“偏置設計”和“錯峰設計”等方法。專門用一章介紹了課題組最新開發(fā)的一種串聯非同步雙伺服輸入壓力機。書中還敘述了基于伺服機械壓力機的成形工藝編程原理及工藝庫的概念，提供了課題組所做的若干伺服成形裝備的測試試驗。最后介紹了國內外一些典型的伺服成形技術應用實例。
全書由孫友松教授主持制訂編寫大綱和統(tǒng)稿，負責第1章、第2章、第6章、第8章的部分內容，以及31、32、36和74節(jié)內容的撰寫；胡建國副教授負責第2章的計算機仿真計算、第4章、第5章，以及33、34、71和72節(jié)內容的撰寫；程永奇副教授負責35、73節(jié)和第8章部分內容的撰寫。
作者在此特別感謝研究團隊的魏良模副教授和章爭榮教授。魏良模副教授花費大量時間數次審閱文稿，尤其對第2章和第3章的內容提出了許多建設性的意見。章爭榮教授在團隊中最早提出串聯非同步雙伺服驅動的思想并在這方面做了大量工作。鄭洪波博士、冼燦標碩士完成了液壓伺服直驅的研究工作。林怡青教授、李大紅副教授、曾文曲教授和朱新榕副教授在機構設計方面提供了諸多指導。團隊的劉偉高級工程師、潘曉濤副教授、黎勉高級工程師，以及研究生魏航、史國亮、肖陽、方雅、何寄平、陳輝、張瑛、劉艷和周先輝等同志在研究開發(fā)過程中做出了諸多貢獻。廣東鍛壓機床廠有限公司和廣東宏興機械有限公司在研究中提供了全面的合作和支持，在此一并表示衷心的感謝！
盡管作者研究團隊多年從事伺服成形裝備的研究工作，但對這項新技術尚處于認識過程之中，尤其此項技術涉及材料加工、機械、電機、自動控制和計算機等多個領域，限于作者的知識面和水平，書中難免有片面和錯誤之處，誠懇地希望讀者批評指正。
序
前言
第1章緒論
11鍛壓機械與機械壓力機
111鍛壓機械的分類
112機械壓力機
12電氣傳動與交流伺服驅動
121電氣傳動的歷史：直流調速，交流不調速
122交流調速技術的興起
123交流調速與伺服驅動
13伺服機械壓力機
131伺服機械壓力機的發(fā)展概況
132伺服機械壓力機的特點
14典型伺服成形裝備
141成形裝備伺服驅動的實現方式
142典型伺服成形裝備
15伺服機械壓力機的發(fā)展趨勢
151大噸位伺服機械壓力機的開發(fā)
152伺服機械壓力機的生產線
153降低重載伺服驅動單元的成本
154多輸入以及多軸輸出伺服機械壓力機的開發(fā)
155能量回收、儲存和利用新技術研究與開發(fā)
156適用于伺服機械壓力機的高效重載傳動系統(tǒng)的設計方法和新型功能部件的
開發(fā)
157基于伺服機械壓力機的成形新工藝的開發(fā)
158基于伺服沖壓的計算機模擬技術的開發(fā)
159新裝備—新工藝一體化：新一代智能化成形裝備
參考文獻
第2章伺服機械壓力機傳動系統(tǒng)分析
21傳統(tǒng)機械壓力機的傳動系統(tǒng)分析
211傳統(tǒng)機械壓力機的負載特性
212傳統(tǒng)機械壓力機的傳動系統(tǒng)
213傳統(tǒng)機械壓力機的驅動特性
22伺服機械壓力機傳動系統(tǒng)的特點
221伺服機械壓力機傳動系統(tǒng)的結構特點
222伺服機械壓力機驅動傳動系統(tǒng)的性能要求
23復雜機構的分解分析法
24伺服機械壓力機工作機構的基本單元
241螺旋機構
242曲柄機構
243曲柄連桿機構
244搖桿機構
245肘桿機構
246三角連桿肘桿機構
25伺服機械壓力機常用的工作機構
251曲柄滑塊機構
252曲柄肘桿機構
253螺旋連桿肘桿機構
254螺旋三角連桿肘桿機構
255曲柄三角連桿肘桿機構
26伺服機械壓力機的典型傳動系統(tǒng)及產品示例
參考文獻
第3章伺服機械壓力機傳動系統(tǒng)設計
31伺服機械壓力機傳動系統(tǒng)設計的基本要求和步驟
311傳動系統(tǒng)設計的基本要求
312設計步驟
32電動機的選擇與計算
321伺服機械壓力機對驅動電動機的要求
322驅動電動機種類的選擇
323傳動環(huán)節(jié)的摩擦損失
324電動機額定轉速nm和額定轉矩Tm
325電動機功率核算
33伺服機械壓力機傳動系統(tǒng)工作過程的數值模擬
331虛擬樣機技術
332ADAMS軟件簡介
333數值模擬案例
34伺服機械壓力機工作機構的優(yōu)化設計
341定性定量兩步設計方案
342基于速度瞬心的機械利益分析
343基于機械利益“錯峰”的基本設計
344基于ADAMS的優(yōu)化設計
35伺服機械壓力機傳動系統(tǒng)的設計示例
3514000kN伺服機械壓力機傳動系統(tǒng)的設計計算
3524000kN伺服機械壓力機的工作機構結構設計
36傳動系統(tǒng)結構設計應注意的其他問題
361減少傳動系統(tǒng)的運動慣量
362減少傳動鏈各環(huán)節(jié)間的間隙
363提高傳動精度
364選用效率高、傳動比大、結構緊湊的減速機構
參考文獻
第4章伺服機械壓力機的驅動與控制
41交流伺服驅動原理
411永磁同步電動機
412交流伺服驅動系統(tǒng)
413驅動電動機能量的回收與利用
42伺服機械壓力機的驅動與控制
421非線性有源可控機構
422伺服控制方式
423伺服控制方案
424運動軌跡規(guī)劃
425控制硬件及控制策略
426電容參數計算
427伺服機械壓力機控制案例
參考文獻
第5章非同步雙伺服輸入驅動系統(tǒng)
51非同步雙伺服輸入驅動系統(tǒng)的設計
511基本設計
512運動控制策略
513曲柄存在的條件
514運動學約束條件
515工作空間分析
52非同步雙伺服輸入驅動系統(tǒng)的運動學分析
521位移方程
522速度方程
523加速度方程
53非同步雙伺服輸入驅動系統(tǒng)的動力學分析
54非同步雙伺服輸入驅動系統(tǒng)的數值仿真
541虛擬樣機模型
542運動學與動力學特性仿真
5434種工作機構的運動學與動力學特性對比
55非同步雙伺服輸入驅動系統(tǒng)的調整特性
551滑塊最大行程調整特性
552滑塊下死點補償特性
553動力分配調整特性
554近似停歇調整特性
參考文獻
第6章伺服機械壓力機成形工藝編程及成形工藝程序庫
61成形工藝編程原理及參數化編程
611成形工藝編程和工藝庫的概念
612工藝編程和建立程序庫的基本原則
613工藝程序的編制方法
614成形工藝程序庫的結構
62成形工藝程序編制
621設備基本參數
622默認狀態(tài)
623常用成形工藝編程
第7章伺服成形裝備性能測試與試驗
71單伺服輸入伺服機械壓力機基本性能測試
711試驗樣機
712運動學特性測試
713動力學特性測試
72雙伺服輸入伺服機械壓力機性能測試
721試驗樣機
722控制方案
723運動學特性測試
724動力學特性測試
73伺服機械壓力機工作性能測試
731伺服機械壓力機能耗對比試驗
732伺服機械壓力機靜音沖裁試驗
733鎂合金杯形件反擠壓試驗
734伺服螺旋精壓機螺旋副傳動效率測試
74其他伺服成形裝備工作性能測試
741伺服液壓機拉深工藝能耗對比試驗
742伺服壓鑄機工作性能對比試驗
參考文獻
第8章伺服成形技術的應用
81伺服成形技術在板料成形加工中的應用
811大型汽車覆蓋件伺服機械壓力機沖壓生產線
812超高強度鋼板熱沖壓成形
813沖裁
814精沖
815彎曲
816拉深
82伺服成形技術在體積成形加工中的應用
821鎂合金多模式控制反擠壓
822無表面處理金屬冷擠壓
823模鍛與自由鍛
參考文獻
附錄伺服機械壓力機發(fā)展大事記
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