數控電動螺旋壓力機
一、螺旋壓力機發展趨勢
模鍛件在汽車、工程機械、鐵路車輛、航空、國防等工業中應用廣泛，隨著轎車工業、國防工業的發展，對模鍛件的精度要求越來越高，例如汽車發動機連桿模鍛件質量公差僅±4克，氣門採用精密模鍛成形後，只需磨削加工。傳統模鍛裝置如模鍛錘、熱模鍛壓力機，很難製作出精密模鍛件。螺旋壓力機由於滑塊沒有固定的下死點，是生產精密模鍛件的理想裝備。
螺旋壓力機在發展階段中，出現了摩擦壓力機、液壓螺旋壓力機、離合器式螺旋壓力機、電動螺旋壓力機四種主要傳動形式，現比較如下：
1、摩擦壓力機
摩擦壓力機是最老的螺旋壓力機，結構簡單、**低廉是其主要特點。但是存在以下問題：
（1） 傳動效率低，滑塊下行時在0.65左右，滑塊回程時在0.35左右。能耗高，在能源日益緊張的情況下，摩擦壓力機的應用將受到制約。
（2） 摩擦帶易磨損，需經常更換。
（3） 打擊能量不易精確控制。
2、液壓螺旋壓力機
由於螺旋壓力機能鍛造出精密鍛件，為了發展大噸位的螺旋壓力機，60年代末以來，國外研發成功大型液壓螺旋壓力機，隨後液壓螺旋壓力機成為我國鍛壓界的研究熱門。但是，國內只有華中科技大學研發成功6.3mn、16mn液壓螺旋壓力機，獲我國鍛壓機械第乙個國家發明獎（三等），並在生產中得到應用。
國外液壓螺旋壓力機最大噸位達140mn。
液壓螺旋壓力機效能優於摩擦壓力機，但是存在以下問題：
（1） 液壓系統複雜，管道敷設工作量大，液壓洩漏對環境有汙染。
（2） 維修技術水平要求高，一般鍛造工廠維修困難。
（3） **遠高於摩擦壓力機。
3、離合器式螺旋壓力機
上世紀70年代末推出，又稱高能螺旋壓力機。其特點是具有高的打擊能量，滑塊在小行程能輸出額定能量值和達到最大鍛擊力；最大噸位為112mn。但是存在以下問題：
（1） 機器結構十分複雜，既有機械離合器傳動，又有用於滑塊回程的液壓傳動。
（2） 常用的滑塊回程方式是採用液壓缸推動滑塊，同時使螺桿作反向運動。在鍛擊和回程時，主螺桿和螺母的螺牙為同一受力面，潤滑液不易補充，導致螺母螺牙容易損為解決這一問題，hasenclever公司採用低速大扭矩液壓馬達，通過螺桿帶動滑塊回程，這樣一來使原本十分複雜的機器變得更為複雜。
4、電動螺旋壓力機
電動螺旋壓力機採用電機直接驅動飛輪，主機結構比摩擦壓力機還要簡單，由於近年電力電子技術取得很大進展，帶動電動螺旋壓力機得到很大發展，在國外得到廣泛應用，噸位從1.6mn到250mn，最大冷擊力可達320mn，是目前除航空用模鍛液壓機外噸位最大的模鍛裝置。德國生產電動螺旋壓力機的主要企業有müller weingarten公司、lasco公司和beche公司，müller weingarten公司生產2.
5mn～250mn三個系列29種規格的產品，lasco公司生產1.6mn～32mn 2個系列13個規格的產品，日本enomoto公司生產2.3mn～10mn 3個規格的產品（以上均為長期執行允許載荷）。
二、武漢新威奇科技****生產的j58k系列數控電動螺旋壓力機工作原理、效能介紹
1、j58k數控電動螺旋壓力機傳動方案
電動螺旋壓力機目前有兩種傳動形式，一是電機的轉子與螺桿軸連為一體的直接傳動形式，如müller weingarten公司45mn以下的電動螺旋壓力機和華中科技大學80年代初研製成功的jd58-100型電動螺旋壓力機，如圖所示。
這一方案的特點是傳動環節少，但要設計低速、大扭矩專用電機，螺桿導套磨損後會影響電機的氣隙，電機出現故障維修不易。二是電機經齒輪或皮帶傳動帶動螺桿的形式。müller weingarten公司pzs系列44mn～320mn電動螺旋壓力機採用這一方案。
這一方案的特點是專用電機轉速較高，轉矩較小，可以設計少數幾種規格的專用電機系列供不同噸位壓力機使用，電機出現故障時，更換方便，維護簡單；同時，螺桿導套磨損後不會影響電機效能。j58k系列數控電動螺旋壓力機採用了這一方案。
2、j58k系列數控電動螺旋壓力機的工作原理
電機經小齒輪、大齒輪、螺桿帶動滑塊運動，大齒輪有足夠的慣量，起著飛輪儲能的作用。輸入啟動訊號後，電機由靜止狀態經小齒輪、大齒輪帶動滑塊加速下行，電機達到預先設定的打擊能量所要求的轉速時，利用大齒輪儲存的動能作功，使製件成形。大齒輪釋放能量後，電機立即帶動大齒輪反轉，返回一定轉角後，電機進入制動狀態，由電動機轉為發電機，使大齒輪帶動滑塊回到預先設定的位置。
此階段飛輪的能量可經電機反饋到電網，因而能耗損失很小。由於滑塊回程時靠電機制動，機械制動器僅在滑塊接近上死點時才工作，制動材料不易磨損，不需經常更換。
採用齒輪傳動，為平衡齒輪的徑向作用力均採用雙電機驅動，以避免螺桿軸套產生偏磨。小齒輪與傳動電機軸採用摩擦聯結，可防止電機超載。j58k-630以上電動螺旋壓力機飛輪內裝有摩擦安全裝置。
電動螺旋壓力機工作原理圖
3、j58k系列數控電動螺旋壓力機電力拖動系統
電動螺旋壓力機電力拖動系統主要有兩種形式，以müller weingarten公司為代表的變頻驅動拖動系統和以enomoto公司為代表的交流伺服電機拖動系統。華中科技大學武漢新威奇科技****對兩種系統均進行了長期的試驗研究，得出以下看法：
（1）兩種拖動系統在效能上沒有顯著的差別。世界上生產電動螺旋壓力機數量最多（已有3000多台）、噸位最大的müller weingarten公司採用變頻驅動拖動系統得到使用者的好評和認可，武漢新威奇科技****所擬定的abb公司變頻驅動拖動及所採用的硬體配置方案，與müller weingarten公司產品完全相同，從而保證了j58k系列電動螺旋壓力機的使用效能和可靠性。
（2）適於電動螺旋壓力機的大功率交流伺服電機**昂貴,大噸位電動螺旋壓力機目前無法採用。
4、j58k系列數控電動螺旋壓力機主機結構
（1）機身
j58k-1600及以下系列數控電動螺旋壓力機的機身採用整體鑄鋼結構，j58k-2500及以上系列的機身採用組合結構。機身均經過三維有限元分析和優化設計，在降低區域性應力，保證強度及剛度的條件下，使機身具有合理的結構。
（2）螺桿及螺母
螺桿及螺母的結構引數根據多年積累的經驗選擇。螺桿採用高強度合金鋼，螺母採用高強度鑄銅。考慮到國產材料和製造工藝與德國公司尚有差距，採用的安全係數較大。
例如müller weingarten公司5mn電動螺旋壓力機的螺桿直徑為180mm，而j58k-500螺桿直徑為225mm，
（3）滑塊
滑塊採用x型導軌，能適應熱加工的要求。滑塊有較長的導向，並採用鑄鋼結構，可承受合理的偏心載荷。
（4）頂出器
由使用者提出要求，可採用氣動或液壓傳動兩種結構。頂出力根據使用者要求設計。
三、取得以下發明專利和實用新型專利：
一種傳動螺母，發明專利號：zl 97109126.9；
一種用於液壓螺旋壓力機的聯軸器，發明專利號：zl 97109127.7；
電動機驅動的螺旋壓力機，實用新型專利號：zl 2004 2 0016967.0；
螺旋壓力機，實用新型專利號：zl 03 2 35117.8；5
一種電動機伺服載入裝置，實用新型專利號：zl 00 2 29887.2。
四、j58k系列數控電動螺旋壓力機特點
j58k系列數控電動螺旋壓力機控制系統採用德國西門子產品，可靠性高，效能優良：
（1）打擊能量可精確設定，成形精度高，製件公差小，特別適合於精密鍛造。
（2）由於能精確控制打擊能量，可減輕模具載荷，比摩擦壓力機模具壽命明顯提高。
（3）滑塊靜止時，電機不工作，電耗低。當採用了飛輪能量**裝置後，還可進一步降低電耗。
（4）結構簡單，故障率低，易於維護，無液壓驅動單元，使用維護費用明顯減少。
（5）可進行程式鍛造，主機能自動按預先設定的每工步打擊能量執行。
（6）由於採用了變頻驅動，不會對工廠電網產生衝擊和影響其它裝置執行。
（7）能方便地調整行程高度，回程位置準確。
（8）安裝了噸位指示器，保護主機不致超載。
五、電動螺旋壓力機與傳統摩擦壓力機比較有以下優點：
● 由於打擊能量能精確控制，產品的一致性好，偏差小。
● 模具壽命提高，熱鍛模壽命一般在4000～6000件，國外模具壽命在10000～15000件，採用電動螺旋壓力機是主要原因之一。我公司有的使用者模具壽命達到40000萬件以上。
● 電耗降低，據現場統計，電動螺旋壓力機比摩擦壓力機省電30%以上。
武漢新威奇科技****