数控转塔冲床作为钣金冲压的关键设备，已经应用和发展了近五十年。其中，作为冲压动力源的主要传动部件，也经历了几个阶段的变化和发展。起初，发动机的机械主传动部件由电动机、飞轮、离合器和制动器、曲轴、连杆和滑块等组成。滑块上下垂直移动，将冲模的冲头压入金属板。连杆连接曲轴和滑块，并将曲轴的旋转运动转化为滑块的直线运动。飞轮带与保持旋转并储存一定能量的电机相连。冲压时离合器闭合，飞轮能量通过曲轴连杆机构传递给冲头。在冲压结束时，当冲头向上移动时，离合器分离，从而释放从飞轮到曲轴的扭矩传递。同时制动器开始制动，使得曲轴旋转到上止点停止。在机械主传动部件中，离合器和制动器的性能非常重要，直接影响主传动部件的工作效率和使用寿命。在20世纪60年代，当数控技术被引入到数控转塔冲床的控制中时，使用了气动离合器和制动器。虽然其结构相对简单，但缺点是摩擦片磨损快，污染大，性能稳定性差，需要经常调整和维护，工作频率低，噪音大。直到80年代才推出液压离合器和制动器，具有性能稳定、噪音低、污染小等优点，使用寿命比气动离合器和制动器长得多，大大降低了停机时间和维护成本。90年代以来，液压主传动元件的应用越来越多，成为数控转塔冲床的主流配置。与机械主传动相比，油缸代替了曲轴连杆等机械结构，液压站提供动力。两者由主液压阀块连接，整个系统的动作由专用电子卡控制，连接在油缸活塞杆上的电子传感器及时测量并反馈，最终实现对冲头位置、行程和速度的精确控制。主液压驱动的优势主要表现在以下几个方面：一是可以根据板料厚度、冲压类型、送料速度、距离等因素，在程序中设定合适的上止点位置，使冲床的行程最小化，通过参数优化可以消除送料和冲压之间的间歇时间，从而提高冲压频率。其次，由于冲头的速度在整个冲压循环中是可以参数化改变的，所以在接触板料时通过降低冲头的速度来减少冲击和振动，从而降低冲压噪音。第三，冲压工艺进一步拓展。不仅可以用于高速打标和快速打孔，而且由于冲头的停止精度高，可以在整个行程中发出最大的打孔力，因此适合完成拉伸、滚压等一些特殊成形。目前数控转塔冲床主传动采用的液压系统主要有两种：一种是德国哈雷公司冲床专用的系列产品(见图1)，具有技术先进、规格齐全、性能优良、低耗节能、易于维护等优点，在国内外市场占有率较高。图1德国哈雷HKL液压系统原理图是德国施耐德和力士乐公司的伺服阀控制液压冲压系统。它具有响应速度快、位置精度高等特点，但也存在能耗和发热量大、维护成本高等缺点。近年来，随着高扭矩伺服电机及驱动系统的改进和普及，伺服电机驱动的主驱动部件已成功应用于日本AMADA、MURATEC等公司的数控转塔冲床产品。国内厂商也在致力于这类产品的开发和推出。目前，伺服电机驱动主传动主要有两种结构形式：一是在传统机械主传动的基础上，伺服电机直接
另一种结构是伺服电机通过减速器与曲轴相连(见图2)，可以适当降低伺服电机的额定扭矩，但最高冲压频率也受到限制。图2数控伺服电机II驱动的主传动部分。伺服电机通过减速器与曲柄、肘杆机构连接，这是日本MURATEC公司的MOTORUM—2048LT数控转塔冲床的结构形式(见图3)。虽然结构复杂，但利用曲柄肘杆机构特有的增力特性，可以降低伺服电机的负载力矩，曲柄转动一次，滑块上下移动两次，从而实现更高的冲压频率。图3日本MURATEC公司伺服电机驱动主传动原理图。伺服电机驱动的主传动既保留了成熟可靠的机械主传动结构的优点，又具有液压主传动的许多特点。其主要特点是：一是节能。在传统的机械主传动中，电机带动飞轮转动，积累一定的能量。在工作过程中，飞轮能量在冲压过程中被消耗，在返回上止点时再次积累。对于伺服电机驱动的主驱动，不需要储存能量，伺服电机也不需要一直旋转，只是在冲压过程中启动并提供所需的能量。另外，由于取消了飞轮、离合器和制动器，简化了结构，所以功耗大大降低。以上两款数控转塔冲床与它们的传统机型相比，分别节能60%和30%，非常显著。第二，降低噪音。当滑块冲压模具穿透板料时，会受到冲压反作用力的振动和冲击，产生的噪声会随着滑块速度和冲压力的增大而增大。机械主传动冲床通常通过加强床身和增加吨位来降低噪音。而伺服电机驱动的主驱动冲头可以控制和调节滑块在每一个行程瞬间的速度，因此可以控制冲头在冲头中途停止，进入板材时降低速度，从而达到降低噪音的目的，通常降噪效果可以达到10分贝左右。另外，这样在降低噪音的同时，也可以降低冲头进入板料时的冲击力，从而延长模具的使用寿命。第三，提高效率。电机驱动主传动的滑块行程和速度可任意调节，并可选择冲压所需的最短行程。同时可以设定合适的速度与送料同步，有效提高生产率。日本AMADA公司EM2510NT数控转塔冲床，最大步距25mm。
冲孔次数可达到500次/分钟，而压印时更高达1800次/分钟，该指标达到了目前数控转塔冲床的高端水平。 四、 优化工艺。通过精确设定滑块停止位置尤其是下死点，能够提高成型模具的加工精度。按照冲压工艺和模具类型，通过优化程序来控制滑块以适应各种冲压模式，如压印、冲孔、成型等。以下列举出几种典型的工作模式：1）高速冲。伺服电机间歇运转，根据板料厚度、冲孔大小，控制冲头以最短的行程和最快的速度进行冲压。2）步冲。伺服电机连续运转，按照一定的送料速度和步距，以合适的频率连续冲压。3）成型。精确设定冲头下死点位置及停止时间，使成型模保证材料充分的变形与流动，提高其成型精度。4）静音加工。通过程序控制冲头打击速度，采用两段式冲压，减少振动和噪音，延长模具寿命。5）模具校准。通过监测伺服电机的输出扭矩来检测上下模具的对中性。该模式下，控制滑块缓缓下降至设定位置，并监测当冲头接触下模时伺服电机的扭矩，当其超过平稳进入时的预设数值时，冲头会停止运动并报警。 虽然目前三种主传动形式的数控转塔冲床都在生产，但从近年来的销售情况看，机械式数控转塔冲床的销量正逐步萎缩，液压式数控转塔冲床在不断增加并已占据主导地位，而伺服电机驱动式数控转塔冲床，也正在以其具有的高效、节能、环保等优势，受到广大设备用户的认可和接受，成为数控转塔冲床未来发展的新趋向。