冲床单点与双点的区别(高速精密压力机的现状与发展)

高速精密压力机概况

高速精密压力机主要用于高速冲压精密零件，要求具有较高的精度和刚度。关于高速精密压力机的定义，目前没有统一的标准，其速度与多个因素有关，主要有滑块行程、公称力、冲压零件尺寸以及冲床结构等，因而很难用一个简单的数字作为划分标准。本文所提及的高速精密压力机是指滑块行程50mm 以内，用于冲压精密小型零件的机械压力机。

高速精密压力机分类

⑴按速度。表1 为某些公司对公称力600kN 以下的小型高速压力机做的划分，划分时未考虑滑块行程。

⑵按传动系统布置形式分为上传动和下/底传动结构。

⑶按机身型式分为开式、闭式和四柱式机身。

⑷按施力点数分为单点、双点、三点和四点。

⑸按驱动机构形式分为正弦、曲柄滑块、多连杆和双球头结构。

⑹按驱动系统数目。普通高速压力机传动系统中一般有一套驱动系统，随着高速压力机向超大吨位和宽台面发展，一套驱动系统不能满足要求。日本会田MSP 系列压力机(图1)采用了两套驱动系统，布置在曲轴的两端，消除了启动瞬间曲轴偏转角造成的同步误差。

表1 600kN 以下高速压力机划分

⑺按驱动电机形式分为常规电机驱动和伺服电机驱动。

⑻按冲压件分为冲压变压器/微电机/工业电机铁芯、冲压引线框架、冲压易拉盖、冲压空调翅片、冲压链条、冲压接插件高速压力机，以及其他冲压金属及非金属小型零件冲床等。

高速精密压力机的发展

国内高速精密压力机的发展概况

⑴闭式高速精密压力机。

1)我国的闭式高速精密压力机始于济南铸锻所“六五”期间承担的原机械部“60 吨闭式高速精密冲床研制”项目，1982 年由济南铸锻所和北京低压电器厂共同研制我国第一台高速精密压力机J75G-60(公称力600kN，冲次为400 次/分钟)，随后研制出了公称力300kN，冲次为600 次/分钟的高速精密压力机。

2)20 世纪80 年代中期，齐齐哈尔第二机床厂从德国舒勒公司引进SA 系列中800kN、1 250kN 及2000kN 三个规格的高速精密压力机的设计及制造技术；上海第二锻压机床厂从德国豪立克-罗斯公司引进RVD32-540 和RVD63-800 两个规格的高速精密压力机，并在此基础上开发了1000kN、1250kN 和2000kN 三个产品。

3)同期，徐锻集团自主研发了JF75G-100 闭式双点高速压力机，在滑块行程30mm 时，最高行程次数达到300 次/分钟；通过对JF75G 闭式双点高速精密压力机进行技术改造，2006 年完成了国内首台3000kN 闭式双点高速压力机的研发；2012 年～2014年对现有JF75G 系列压力机进行系统性升级改造，在JF75G-200C 机型上实现了500 次/分钟的空载冲压速度以及420 次/分钟的冲压速度。此外，在2012年徐锻成功进行了JL75G-60 型600kN 多连杆高速超精密压力机的研制。

4)扬锻集团起步稍晚，目前已经研发了J76 系列压力机(800kN ～7500kN)，其中800kN ～3000kN为六圆导柱结构，其余为四角八面导轨结构；5500kN(公称力行程1.6mm)闭式双点高速精密压力机，在滑块行程40mm 时，最高行程次数为230 次/分钟，为国内首台。

5)宁波精达的技术类似美国OAK，采用正弦机构。开发了用于冲压空调翅片的GC 系列机型和用于冲压电机定转子铁芯的GD 系列机型，其中3000kN闭式双点高速精密宽台面压力机在滑块行程30mm时，最高行程次数达400 次/分钟。

6)宁波米斯克和浙江帅锋先后开发了小型闭式高速精密压力机(多连杆式)，宁波米斯克的Super-30 型300kN 高速压力机，在滑块行程25mm 时，最高行程次数为1050 次/分钟。

7)“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项实施管理办公室先后在2009 年3 月、2010 年2 月、2011 年4 月及2012 年4 月出台科技重大专项，用于扶持高速精密压力机的研发，为微电机、新能源汽车、一体式压缩机等产品提供支持。同时，颁布了GB/T 29548-2013《闭式高速精密压力机精度》标准，更好地促进高速精密压力机的健康发展。

⑵开式高速精密压力机。

开式高速精密压力机在导向结构上呈现两种形式，第一种为三圆导柱结构，主要用于精密微电子类零件的高速冲压，除徐锻集团外，其他公司普遍采用辅助导柱固定的三圆导柱结构。扬力集团的SHC-25型250kN 开式超高速压力机，在滑块行程20mm 时达到了1000 次/分钟的高速度。

第二种为传统V型导向或矩形导向，承载刚度大，但速度稍低，多用于小型微电机定转子、E/I 铁芯等零件的高速冲压，也可用于部分空调翅片的冲压，滑块行程稍长，速度更低。如扬锻股份JL21 系列空调翅片用开式高速压力机，其450kN 压力机在滑块行程40mm 时，最高行程次数为250 次/分钟，800kN 压力机则为120 次/分钟。

国外高速精密压力机的发展概况

⑴高速压力机从诞生到现在已有100 多年的历史。美国亨利拉特公司于1910 年制造了世界上最早的四柱底传动高速压力机，曲轴装在工作台下，通过四根导柱驱动滑块运动，冲压速度一般为200 ～300次/分钟。

⑵日本的能率、新澙和会田也分别在1947、1949 和1950 年研制成功底传动高速压力机。该类机型往复运动部分的重量大，在滑块行程次数较高(一般不超过400 次/分钟)时由惯性力引起的问题也越来越严重。

⑶20 世纪50 年代，联邦德国、美国、瑞士的几家锻压机床制造厂为适应大批量的矽钢片和薄板零件的生产，发展了早期的上传动高速压力机，卷料自动送进，应用简单的级进模按顺序冲压，通过减少滑块行程而提高行程次数。1953 年德国舒勒公司生产出首台1250kN 闭式双点上传动高速压力机，行程20mm 时，速度为150 次/分钟。

⑷20 世纪60 ～70 年代，瑞士布鲁德尔公司研制的BSTA 系列柱式导向上传动开式高速压力机，行程30mm 时，最高速度达到400 次/分钟，在60 年代末和70 年代提高到了600 次/分钟和800 次/分钟，70 年代初开发的BSTA41 型400kN 高速压力机达到了1200 次/分钟的超高速。随后各压力机制造商展开了高速压力机行程次数的竞争。

⑸1974 年美国明斯特公司推出“蜂鸟”系列HB2-60 型550kN 闭式双点超高速压力机，速度达到1600 次/分钟，1975 年开发的HB2-30 型270kN 闭式双点超高速压力机，速度进一步提高到2000 次/分钟。随后日本、德国也相继研制出自己的超高速压力机，步入了超高速压力机时代。

⑹20 世纪80 年代后，半导体和电子工业的迅速发展对大规模集成电路和电器元件、微电机、芯片等产品出现了大量需求，从而有力地推动了高速压力机向超精密方向发展。日本栗本铁工所引进瑞士ESSA技术制造的600kN 高速压力机，最高速度为1500 次/分钟，用于加工集成电路引线框架、精密接插件和其他精密零件(尺寸误差要求控制在10 ～20μm)；日本能率制作所开发的小型高速压力机行程次数达到了3000 次/分钟，在满负载条件下达到了JIS 标准中的特级精度要求，标志着高速压力机发展到超高速和超精密阶段。如今，日本电产京利的MACH-100型高速压力机在100kN、8mm 行程时，已达到4000次/分钟。

⑺20 世纪末，全球家电、汽车行业高速发展，迫使高速精密压力机进一步提高冲压精度与效率。日本会田公司推出了双边驱动的MSP 系列压力机，采用单排四点结构，双边驱动，精度更高。日本山田多比的EPS-220 机型为单排四点结构，在公称力2200kN、滑块行程30mm时，最高速度为420次/分钟，工作台尺寸达到2700mm×1000mm。此外，日本株式会社ISIS 于2004 年开发出了单排三点结构高速压力机PLENOX80-16，最高速度为500 次/分钟，工作台面达到1600mm×800mm。

高速精密压力机的技术分析

高速精密压力机经历了百余年的发展，经历了从下传动为主到上传动为主、从精密到超精密的发展阶段，整机自动化水平不断提高。新技术不断涌现和发展，现仅就部分有代表性的技术进行分析。

⑴瑞士BRUDERER 技术。

图2 为瑞士BRUDERER 的BSTA 型压力机传动系统，实质为杠杆机构，滑块位移曲线类似曲柄滑块机构。该机构的优点在于两侧铰接点仅承受20%冲压负荷，为下死点精度的动态调整提供了条件。

⑵美国MINSTER、德国SCHULER 和意大利BALCONI技术。

此三家企业都是以传统的曲柄滑块机构为工作机构(图3)，其共同特征为曲轴支撑和连杆部位均为滑动轴承。采用滑动轴承最大的特点是在一定油压下实现不接触，依靠油膜刚度传递冲压力，磨损极小甚至不磨损，机器的可靠性及精密性很高。

⑶美国OAK 技术。

美国OAK 传动系统见图4，采用正弦机构作为工作机构。传动部分可以通过滚针的预紧，实现传动间隙的压缩。美国OAK 产品广泛用于空调翅片的高速冲压。

⑷日本AIDA 技术。

AIDA 的高速精密压力机主要是HMX 系列，该系列机型先后进行了一系列的技术调整。所应用的主要技术有：

1)导向部分。采用纯滚动式平面导轨，通过中部的齿条传动，实现平面导轨的只滚不滑；四圆导柱静压导向，在导向套中设置阻尼孔，当承载力提高时，局部油压升高，实现与导向载荷的抗衡；四圆导柱复合导向结构，是将滚动导向和滑动导向进行复合，其中滚动部分保证了较高的导向精度，滑动部分保证了较高的导向刚度；四圆导柱六棱柱体导向，导向部分为线接触，导向刚度得到明显提升。

2)曲轴传动部分。采用高刚度三点支撑结构，也有部分机型外部两点为滚动 滑动复合结构。普遍采用制动器、离合器分离结构，布置于曲轴两侧。

3)连杆及调模部分。连杆部分有一体球头式和销轴式。对于四角八面导轨导向形式，多将调模部分安装在滑块体内，依靠外部气源作为工作动力；对于球头式结构，调模结构设置在上横梁；六圆导柱导向结构，调模部分一般直接设计在上横梁内（国内多家采用）；也有部分机型采用将蜗轮蜗杆等传动件安装在滑块体中，电机等驱动件安装在立柱等部位。

除了双点的HMX 系列外，AIDA 后期开发了单排四点的MSP 结构。采用两套飞轮-离合器/制动器系统，在曲轴两端同步驱动四点结构，曲轴及支撑部分采用滑动轴承支撑方式，各个连杆部分采用复杂的螺纹锁紧和过载保护分离结构。

⑸日本YAMADA DOBBY 技术。

YAMADA DOBBY 不仅仅采用曲柄滑块机构作为工作机构，还采用两种形式的多连杆机构(图5，其中的NXT 型最大公称力为2000kN)。

⑹日本KYORI 技术。

日本KYORI 高速精密压力机分为曲轴式和多连杆式，多连杆式高速精密压力机由于结构简单(行程不可调)、价格适中、精度较高，在国内占有较高的市场份额。与YAMADA DOBBY 的多连杆机型相比，下死点附近停留时间稍短，因此可以取得更高的工作速度，其最新型的FENIX 机型速度进一步提高了20%。日本KYORI 的多连杆驱动技术，由于结构简单，被国内多家采用并进行提升。

⑺下死点稳定技术。

下死点精度是高速精密压力机的重要精度指标，直接影响到冲制品的精度，也是影响高速精密压力机技术水平的关键指标。国际上尚无统一的标准，在我国新出台的闭式高速精密压力机精度(GB/T 29548-2013)标准中给出了精密级和超精密级的下死点精度标准以及测试方法。除了瑞士BRUDERER 的下死点机械补偿外，国外在下死点精度提升上采取的措施主要有：

1)预热。开始工作前对压力机进行预热，并使压力机工作过程中的温升不超过预热温度。预热的温度、时间与高速压力机的工作速度有关。

2)设置油冷机。在压力机工作过程中使冷却油流经机器内部，抑制温度上升。

3)先加热后保温。开机工作前数小时自动接通加热器和油泵并定时，逐渐提高压力机内部温度，压力机工作后通过润滑油冷却装置使温升不超过设定值并保持恒定。目前，许多公司采用此方式。

4)此外，日本KYORI 公司地NEW-BEAT 系列高速压力机（肘杆式传动机构）采用按一定顺序加热杆系的方式。首先使连杆和连接杆受热膨胀，下死点位置稍微上升，接着让上下两肘杆和导杆受热膨胀，下死点位置下降，从而使下死点位置保持不变。

高速精密压力机发展趋势

⑴高速度。

高速压力机行程次数的不断提高，极大地提高了生产效率，同时降低了成本。得益于标准化、系列化、批量化的功能性冲压零件市场需求旺盛，同时冲压零件厚度逐渐减薄，所需冲压吨位逐渐减小，这就为高速压力机提高行程次数创造了条件。此外，高速精密冲压模具尤其是多工位高精度级进模具和自动化周边设备的发展，也为高速压力机提高行程次数创造了条件。从高速压力机发展的历程看，随着行程次数的飞跃式提高，其公称力和行程呈现出减小的趋势。

⑵高刚度和高精度。

在高速压力机上大多采用硬质合金模具，其凹凸模在水平面内的相对位移必须减少到最小限度，要求高速压力机具备一定的水平刚度。由于高速压力机存在“反向负载”，则要求进一步增大其垂直刚度。通常采用合理的结构设计并加大设计裕量（加大曲轴、销或球头等零件尺寸）来予以保证。

高精度是指高的静态几何精度和动态精度（下死点精度）。静态几何精度与高速压力机的制造水平有关，动态精度则是通过采取温度控制以及下死点动态补偿机构来实现。在静态几何精度方面，基本以日本工业标准的特级精度标准（JIS B 6402:1997）为最低标准，国外各公司的内控标准在此基础上进行了大幅压缩。

⑶上传动占主导。

上传动方式具有运动部件重量较轻、空间好布置、维修方便等优点，已成为高速压力机的主流方式，为国内外制造商普遍采用，并在传动机构、导向方式、动平衡机构等方面进行了大量革新。下传动方式的高速压力机仅在个别领域占有一席之地。

⑷闭式结构将占主导地位。

随着对冲制品精度的进一步提高，采用闭式结构是一种必然趋势。一方面闭式结构有较大的空间便于安装动平衡装置，利于提高行程次数（3000～4000spm的超高速压力机均为闭式结构），进而提高生产效率；另一方面闭式结构刚性好，可以提高冲制品精度及模具使用寿命。此外，采用闭式结构可以增大工作台宽度，利于使用多工位级进模。

⑸双点结构逐渐向多点发展。

闭式高速压力机多为双点结构，随着冲压模具工位增加和冲制品尺寸加大，要求加宽工作台面和增大冲压力，采用双点结构则需要进一步加大滑块及导向的刚度。因此，不少公司采用三点或四点结构，辅助导向采用圆柱形式，既能够实现滑块轻量化，又能提高行程次数。

⑹采用新材料。

随着对高速压力机精度要求不断提高，新型材料不断得到应用，主要目的是在保证刚度的前提下，减轻运动部件的重量、减小温度变化对下死点的影响以及提高承载能力。应用的新材料主要有：

1)低密度材料。美国OAK 公司的部分高速压力机，滑块采用超硬铝合金材料，重量降低了60%；日本电产京利公司100kN、4000spm 的超高速压力机，滑块采用陶瓷-铝合金复合材料，使滑块运动部件的惯性力下降了40%，减少工作次数变化对下死点精度的影响。

2)低膨胀系数材料。日本ISIS 公司的U 系列高速压力机，主要驱动部件及联接件都采用低热膨胀系数的合金铸件Nobinate-5（Ni 含量为36%，Co 含量为6%），其热膨胀系数只有钢的1/4 ～1/3，硬度与FCD45-50 相当。此外，也有部分公司采用线膨胀系数更小的因瓦合金作为滑动轴承材料，以减少热变形对下死点精度的影响。

3)其他特殊材料。随着高速压力机行程次数的提高，在滑动支撑或导向部位逐渐采用特殊材料。如在滑动摩擦部位采用摩擦性能更好的巴氏合金；在球碗等承受大冲击载荷的部位采用高力黄铜或铍青铜等。

⑺采用高精度轴承。

滚动轴承在承受冲击载荷时为线接触，刚性较差，尤其在重载时，会出现下死点精度不稳定，故多用于中小吨位高速压力机。滚动轴承的发展趋势是进一步提高精度，注重与高速压力机的完美结合。

滑动轴承为面接触，刚度大，利于下死点精度保持稳定。随着高速压力机的整体制造精度不断提高，并采用油温控制和大流量润滑系统，滑动轴承发热得到有效解决，被逐渐重新用到高速及超高速压力机中。滑动轴承的发展趋势是应用新材料和进一步提高制造精度。

日本AIDA 公司使用了复合轴承（滚动轴承 滑动轴承），在冲压时，滑动轴承起作用，刚度大；非冲压时，滚动轴承起作用，摩擦力显著降低，有利于高速运行。

⑻高度集成化。

冲制品的效率和精度不仅与高速精密压力机本身有关，还和其配套的周边设备和模具有关。很多厂家开始关注周边设备及模具并纳入自己的业务范围，此外，使用环境也被考虑在内，一方面是冲压噪音防护问题，另一方面则是对精度的影响问题。而且已有厂家将隔音室作为标准配置，如日本YAMADA DOBBY的MXM 系列高速压力机隔音室。

这种整合还体现在操控系统，使得高速压力机呈现出金属切削机床的某些特征。如采用手轮精确调整装模高度，采用基于windows 的可视化操作系统进行冲压参数的输入与存储，采用在线监测系统（如BRANKAMP 系统）实时监测冲压线的运行参数，以及采用互联网技术进行在线故障监测与处置等。

⑼应用伺服驱动技术。

伺服驱动在冲压设备上应用能够实现较高的工艺柔性，同时简化传动系统。而高速精密压力机则体现出高度的“刚性”，随着伺服技术的发展和用户冲压工艺的改进，将实现“刚柔并济”，即将伺服驱动技术应用到高速精密压力机领域。如日本YAMADA DOBBY 公司开发的Fit-3 型高速伺服压力机，采用伺服电机驱动，无离合器和制动器。

——来源：《锻造与冲压》2020年第12期