KN伺服压力机.docx

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KN伺服压力机

山东省技术创新项目立项建议书

项目名称:

2000KN多连杆伺服开式压力机

项目申报单位:

山东迈特力重机有限公司

项目主持单位:

德州市经济和信息化委员会

山东省经济和信息化委员会制订

2011年11月16日

一、立项背景与意义

常规技术中，是将滑块体与连接器连在一起，连接器的另一端与曲柄机构（曲柄轴、连杆）连接，曲柄轴与从动齿轮连接，该从动齿轮与主动齿轮啮合，主动齿轮与齿轮轴的一端固定，齿轮轴的另一端与大皮带轮固定，通过电机的旋转经带轮和三角带的传动，逐级驱动从动齿轮旋转。

传统压力机的驱动控制，即靠齿轮轴端部离合器控制，电机一直旋转，带动飞轮旋转，靠飞轮的转动惯性，通过离合器制动器装置的开合驱动滑块上下运动或停止，但是这中压力机的滑块在拉伸过程中运行速度、加速度较大，使拉伸成型中的零件易撕裂、起皱；上下模合模的瞬间冲击力较大，造成主电机及模具使用寿命降低；负荷工作区域行程较短，不适应深拉伸工艺要求。

普通曲柄压力机的电机和飞轮的空转以及离合器的存在，耗掉很多能源。

传统的机械压力机采用普通电机作为动力源，输出固定的冲压工艺曲线，很难满足快速多变的产品冲压工艺需求。

随着伺服电机技术、变频技术和计算机控制技术的发展，伺服机械压力机得到了快速发展。

我公司研发的多连杆伺服压力机保证滑块行程长度，并且促进压力机机身的小型化，通过控制程序得到所需工作行程和冲压工艺运动，可满足不同加工材料和产品的冲压工艺要求。

这种形式的伺服压力机具有柔性化、高速化、高效率的特点；保证压力机的闭合高度在生产过程中的精确稳定，抑制产品毛刺出现，使冲头工作模式与成型工艺相适应。

多连杆伺服压力的研制将大大促进我国具有自主知识产权的伺服压力机发展进程，对我国锻压设备的自主开发能力，提高企业市场竞争力，具有重要的理论和现实意义。

1、国内外相关产品与技术发展现状

伺服压力机在发达国家应用比较广泛，日本小松（KOMATSU）、日本网野（AMINO）、德国舒勒（SCHULER）、西班牙发格（FAGE），继十年前，日本网野公司推出钣金加工用大型伺服压力机之后，2005年开发出世界上最大级机械多连杆伺服压力，引起工业界的关注，其开发的机械连杆伺服压力机、曲柄多连杆伺服压力机、直动式伺服压力机、液压式精密伺服压力机和液压式伺服压力机等，压力在40～25000kN之间。

在伺服压力机方面，日本处于世界领先位置。

目前，日本几乎所有的压力机厂家都在开发研制伺服压力机，在日本国内已进入了相对普及期，被越来越多地应用在汽车零件、电子零件等高精度、难成形的加工领域中，而且有一部分伺服压力机已销售到中国。

我国在这方面研究起步比较晚，仅是个别高校进行理论研究；但由于市场国际化，以及国民经济的快速增长，消费观点的上升，对制造产品的个性化、流线型要求，各行业也引进了很多国外制造装备。

例如汽车行业，我国东风汽车有限公司、天津汽车模具制造公司、成都飞机制造公司、湖北先锋模具公司已经引入多台多连杆伺服压力机，尤其是东风汽车制造有限公司，由多台不同吨位的多连杆伺服压力，组成的覆盖件一体化生产线，经过实践应用，正实了这种类型的压力机在主传动系统上有很大突破，并且具有噪声低、节约能源、提高生产效率、降低次品率、提高模具寿命以及生产管理的柔性化等优点。

2、项目完成后需求前景、推广应用领域、达到的技术水平

随着我国经济快速增长，对高精度、高效率的大型机械压力机需求不断增加。

以占行业总销售68%的汽车冲压件为例，正以25%的速度增长；汽车制造、航空航天、电器机械等行业对金属板壳零件的大量需求，尤其是汽车行业的生产规模化，车型的个性化以及大型件的覆盖一体化的发展需求，锻压设备出现高精密、高效率、大型重载和柔性化的发展趋势。

大型多连杆伺服压力机是机械、冶金、汽车、电子、航空、航天、军工等重要工业领域不可缺少的制造装备。

对拉伸、成型要求精度很高的冲压零件，例如冲压行程要求较低的速度或较大的冲压力，就可以使用多连杆驱动压力机实现。

此外多连杆伺服压力机能大大满足汽车、轻工等工业的中薄板的冲压成型、深拉伸工艺的需要。

滑块工作曲线如图：

多连杆伺服压力机可大幅减少振动，降低生产过程中的噪音，最低可降到（75dB（A））；因为没有离合器制动器，是伺服压力机在节能和维修方面都优越于传统的压力机，能耗为同吨位压力机的40%左右，维修量是普通压力机的1/3。

多连杆压力机连杆工作原理图：

二、实施方案

1、本项目技术特点、关键技术及关键工艺：

1）技术特点：

多连杆伺服压力机，采用多连杆传动装置，利用数字控制技术，通过位移传感器检测滑块运动，实现闭环反馈控制方法，可任意自由的高精度控制压力机的滑块运动。

通过计算机程序控制滑块的运动曲线，改变冲压工艺曲线，实现压力机通用性、柔性化、智能化；拉伸件一次成型，缩短了换模时间。

2）本压力机的机身为钢焊接结构,内部传动装置为多连杆装置，通过ANSYS有限元分析计算、CAD计算、以及solidworks三维模拟，使机身结构优化，具有超高的刚性；保证行程长度并促进压力机机身的小型化。

3）本实用新型针对以上技术问题，提出了一种运动控制方案----由交流伺服驱动器，驱动伺服电机，配合多连杆机构可以完美实现高精度的速度控制、位置控制、扭矩控制。

4）因为没有离合制动器装置等消耗保养部件，润滑油用量减少，维护保养成本大大降低，是生态环保型压力机；其次没有电机和飞轮的空转，不冲裁时，可以完全没有噪声。

5）电气控制方面与美国AB公司合作，安全可靠。

2、项目实施的具体内容

新产品的技术方案包括：

滑块、连接滑块与驱动电机之间的传动机构部分、驱动电机。

上述驱动电机为伺服电机；滑块与压力机机身的连接通过导柱、导套连接；所述的传动机构部分包括与滑块导柱连接的连杆、与压力机机身连接的摆杆、与低速轴连接的三角连杆；三角连杆具有输出臂和支撑臂，支撑臂臂端与摆杆铰连接，输出臂臂端与连杆铰连接，肘弯角与低速轴铰连接。

当伺服电机逐级驱动低速轴时，由特殊三角连杆连接低速轴、摆杆、连杆；导柱与连杆通过销轴铰连接；工作台上方通过直线导柱连接可上下滑动的滑块。

最后将旋转运动转化为滑块的直线运动。

新型产品工作时，由伺服电机转动，经带轮和三角带传动，驱动齿轮轴，通过齿轮轴与大齿轮的啮合将与大齿轮连接的低速轴驱动，低速轴驱动时，由于偏心差，使连杆机构（摆杆、连杆、三角连杆）前后做摆动，连杆通过销轴驱动导柱运动，导柱在导套的作用下完成直线上下运动，从而带动滑块上下运动，与机身立板连接的摆杆在运动中其支撑作用。

伺服电机在交流伺服驱动器的配合下可以实现位置、速度的控制，从而可以实现对滑块运动轨迹的控制。

新型产品完全靠电机扭矩工作，采用伺服系统驱动多连杆，通过混合（丝杆、多连杆等）增力机构，实现小电机发挥出的大的力量；没有离合器，由电机驱动单元控制电机起停；由于省去了飞轮，电机只有在冲压时才旋转，与传统技术相比，简化了传动结构，使结构亦更简洁、合理，使滑块运动得到了完美控制，本方案可以通过控制伺服电机实现滑块运动的数控化。

附图说明

图001是本实用新型的工作原理示意图

原理图中1-伺服电机，2-低速轴（偏心轴），3-三角连杆，4-摆杆，5-连杆，6-导柱，7-导套，8-滑块。

图002是多连杆伺服压力机运动状态时序图

图a.为滑块在接近下死点时的状态；b.为滑块向上运动时的状态；c.为滑块接近上死点时的状态；d.为滑块向下运动时的状态。

具体实施方式

如图001，滑块8通过导柱6、导套7（导柱与导套配合）连接；导柱6通过销轴与连杆5铰连接；三角连杆3的输出臂端与连杆6铰连接，支撑臂端与摆杆4铰连接，肘弯角与低速轴2铰连接；低速轴2通过键与大齿轮连接；大齿轮与齿轮轴之间形成啮合；齿轮轴与大皮带轮连接。

当伺服电机1转动，经带轮和三角带传动，驱动齿轮轴，通过齿轮轴与大齿轮的啮合将与大齿轮连接的低速轴2驱动，由低速轴2的偏心差，在摆杆的支撑作用下，带动连杆机构（连杆、摆杆、三角连杆）前后摆动，由连杆经销轴驱动导柱6，导柱6在与导套7的配合下完成直线上下运动，从而带动滑块8上下运动，完成冲压等工作。

多连杆伺服压力机，应用多连杆机构以及伺服驱动系统，传动机构扭矩减小，冲压的运动曲线得到更好的调整，实现了速度控制、位置控制、扭矩控制，可以满足不同的材料、工件的冲压和拉伸工艺。

三、项目申报单位财务状况

电气控制方面，我公司与美国AB公司合作，对滑块运动曲线进行优化编程，控制原理图如下：

1、项目财务分析

1.1项目计算期

项目计算期定为20年,其中建设期3年,经营期17年,基准收益率定为10%。

1.2生产负荷

项目投产后第一年达到设计生产能力的80%，第二年即可达到设计生产能力的100%。

1.3销售收入

本项目经营收入主要由焊接加工自制产品及安装调试几部分组成。

根据建设单位提供的有关资料，本项目年可实现营业收入42500万元。

2成本和费用计算

1）原材料及辅助材料成本按企业消耗指标和生产规模进行测算。

经计算，该项费用正常年约为26512万元。

2）燃料动力费

项目所需水电等均按现行市场价格计算，经测算，该项费正常年支出约为200万元。

3）工资及福利

本项目劳动定员为500人，以平均20000元/人.年计算，年工资1000万元，工会经费按2%计提。

4）折旧与摊销

折旧按平均年限法计算，折旧年限按15年计，净残值率为5%。

5）修理费

修理费按全部固定资产折旧的30%计取。

6）其它费用

（1）制造费用，包括车间经费、车间办公费等项费用，按年销售收入的3%计算。

（2）管理费用，包括办公经费、劳动保险等，按年销售收入的3%计算。

（3）科研、设计费用，按年销售收入的2%计算。

7）销售费用

包括运输费、广告费、差旅费和其它销售服务费用，按年销售收入的6%计算。

经测算，本项目总成本费用共计36851万元。

2.1税金及附加

本项目产品销售收入需缴纳增值税，增值税税率为17%。

城市维护建设税为增值税的7%，教育费附加为增值税的3%，地方教育费附加为增值税的1%。

2.2利润及分配

经计算，本项目正常年税前利润总额为3540万元，所得税为885万元，税后利润为2655万元。

盈余公积金提取比例按10%，公益金提取比例为5%。

3财务评价

3.1盈利能力分析

1、投资利润率和投资利税率

投资利润率和投资利税率是反映财务盈利能力的静态指标，经测算，项目投资利润率为19%，利税率为25%。

2、财务内部收益率

项目财务基准收益率确定为10%，全部投资财务内部收益率：

税前为17.81%，税后16.93%。

3、财务净现值

全部投资财务净现值（IC=10%）为：

税前22315万元，税后17395万元。

4、投资回收期

全部投资回收期为：

税前7.66年，税后8.07年。

3.2不确定性分析

1、盈亏平衡分析

以生产能力表示的盈亏平衡点的计算

固定成本

BFP=×100%=65.83%

销售收入-销售税金及附加-变动成本

计算结果表明，项目达到设计能力的65.83%，企业即可保本。

2、敏感性分析

本项目计算期内可能发生变化的因素有建设投资、销售价格、经营成本和生产产量。

各单因素变化±5%，对各项指标的影响程度

3.3财务评价结论

本项目实施后，可实现年销售收入42500万元，正常年税后利润1312万元，全部投资利润率为19%，利税率25%，税后投资回报期为8.07年（税后，含建设期年），税后财务净现值17395万元。

项目经济效益良好，具有一定的盈利能力，能较快的收回投资，在财务上是可行的。

。

四、项目申报单位及协作单位概况与条件

1、公司概况

山东迈特力重机有限公司成立于2010年，公司性质为有限责任公司，位于山东省禹城市高新区。

主要从事大型金属成型设备和大型数控设备的装配、加工、制造及各类大型进口机械设备的升级改造等业务。

项目总投资约4亿元人民币，总规划用地面积约325亩。

项目总用地216677平方米，项目建设用地87230平方米，建筑总面积128530平方米，其中厂房建筑面积74880平方米，露天跨建筑面积3240平方米，办公（技术）大楼建筑面积9000平方米，综合区建筑占地面积为7000平方米。

2、技术力量和人员结构

山东迈特力重机有限公司自成立以来，建立了适应市场竞争的现代化企业管理模式。

企业现有机构如下：

3劳动定员及人员培训

3.1劳动定员

经测算，本项目共需新增人员1500人，其中工人1200人，技术人员200人（不含产品开发人员），管理人员100人。

本项目新增人员主要扩招，其余各公司人员内部调剂解决。

3.2人员培训

1）培训的必要性

市场竞争，关键是人才的竞争。

在技改的全过程中，应始终贯彻以人为本的原则。

拥有一支高素质科技人员、管理人员和一支强有力的工人技师队伍是项目得以顺利实施的根本保证，因此必须加强人员培训。

2）培训方式和内容要求

一般采取公司级岗位素质培训与分公司级岗位适应性培训相结合,理论教学与生产现场操作相结合,课堂讲课与互动交流相结合,集中培训与分散培训相结合,短期培训与长期培训相结合,举办培训班与专题讲座相结合的培训方式。

对产品开发、工艺技术人员，在提高机床制造机电一体化知识的同时，加强信息技术、计算机技术的培训，全面掌握CAD等现代化设计技术。

对技术带头人，派到国外先进企业进行对口培训，或通过合作生产学习国外先进技术和经验。

同时，也可与国内外高校和科研单位，联合进行产品科研开发或建立博士后流动站，尽快培养出本企业产品开发、信息化建设的学科带头人队伍。

经营管理人员应进行现代化管理知识（生产、销售、财务、质量管理、物流技术等）的培训。

特别要注意培养懂技术、会外语、善于经营的复合型经营管理人才。

对生产技术工人应进行专业技术培训，考核上岗。

根据新产品开发的需要，在技术工人中进行数控技术、机电一体化技术等方面的培训。

把成绩优秀者充实到数控机床操作、重大型设备关键工序操作、产品的装配检验和技术服务的岗位上。

总之，公司具备雄厚的经济实力和良好基础设施来实施本项目。