CN101279353A - 同向式六自由度锻造操作机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锻压加工领域的同向式六自由度锻造操作机，其中：前提升系统、后提升系统按同向布置，前后悬挂杆上端分别连接在前后滑动横梁的两侧，下端分别连接于前后轴的两端，前后提升缸上端分别连接在前后协调杆两端，下端分别连接大车车架，前协调杆中部与前臂中部固联，前臂后部固联在前固定轴上，后协调杆中部与后臂中部固联，后臂后端固联在后固定轴上，前滑动横梁套装在前滑槽上，前滑槽横向固定在前臂前部，后滑动横梁套装在后滑槽上，后滑槽横向固定安装在后臂前部，前后缓冲缸前端分别与前悬挂杆中部连接，后端通过缓冲协调杆和缓冲连接杆固联于夹钳钳体上。本发明制造容易，易于保证锻件的锻造质量，降低能耗，提高生产效率。

Description

同向式六自由度锻造操作机

技术领域

本发明涉及一种机械工程中锻压设备技术领域的装置，具体是一种同向式六自由度锻造操作机，用于自由锻造时对锻件毛坯的抓取操作。

背景技术

锻造操作机是大型锻造压力加工的基本工具之一，与压力机配合使用。目前的锻造操作机有钢丝绳悬挂式、多杆机构组合式等。钢丝绳悬挂式锻造操作机操作能力较小，用于小型锻造，多杆机构组合式锻造操作机操作能力大，用于大型锻造。一般来说，锻造操作机需要实现的锻造操作功能包括钳口夹紧、钳杆旋转、钳杆升降、钳杆俯仰、钳杆横移、钳杆摆动、大车行走等七个运动。其中，钳口夹紧、钳杆旋转、大车行走三个动作从结构上相互独立，分别由电机或液压独立驱动，夹钳实现工件的夹紧和旋转功能，大车承担行走功能，其余的运动需要由台架机构实现。钳杆升降、钳杆俯仰两个动作若由钢丝绳悬挂方式实现，为钢丝绳悬挂式锻造操作机，若由一套复合连杆机构来实现，则为多杆机构组合式锻造操作机。该复合连杆机构包含四只单自由度的摆动导杆机构，各由一只液压缸驱动，通过相互配合实现所要求的操作运动；钳杆横移、钳杆摆动另由双滑块机构实现，由两只液压缸同步同向或反向驱动。

经对现有技术的检索发现，中请号为200510030461.4，的中国发明专利公开了属于通用机床技术领域的一种六维并联型锻造操作机，申请号为：200510110447.5，的中国发明专利公开了属于通用机床技术领域的一种双球铰伸缩式六维并联锻造操作机，它们分别通过一个六维并联型锻造操作机构型和一个双球铰伸缩式六维并联锻造操作机构型，利用六套直线驱动系统的运动和输出力作为运动和力输入，得到大吨位操作力和六维操作运动。这两种六维并联机构的锻造操作机构型，工作时任一单维运动都需要六个驱动同时作用。为了以更低的能耗达到更完善的锻造效果和适应不同的应用场合，还需要设计出更多更好的锻造操作机构型型式。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种同向式六自由度锻造操作机，利用吊挂夹钳的操作机台架机构，以及四对液压缸的运动控制，实现大吨位锻件的多方位操作。本发明具有可模块化设计，制造容易，易于保证锻件的锻造质量，降低能耗，提高生产效率的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：实现夹钳升降和俯仰运动的提升机构、实现夹钳横向平移和摆动运动的摆移机构、实现夹钳缓冲运动的缓冲机构、夹钳及连接装置和行走大车。

所述实现夹钳升降和俯仰运动的提升机构由两大部分组成，第一部分是由一对前悬挂杆、前轴、一对前提升缸、前臂、前协调杆和前固定轴组成的前提升系统；第二部分是由一对后悬挂杆、后轴、一对后提升缸、后臂，后协调杆和后固定轴组成的后提升系统。本发明的前后两套提升系统按同向布置，即前后提升系统都按正向布置。

其中，前提升系统的一对前提升缸和一对前悬挂杆都是左右对称布置。一对前悬挂杆上端分别用铰链连接在前滑动横梁的两侧，下端分别用铰链连接于前轴的两端，一对前提升缸上端分别用铰链连接在前协调杆的两端，下端分别用铰链连接在行走大车车架的左右两侧，前协调杆中部与前臂中部固联，前臂后部固联在前固定轴上，前固定轴两端分别用铰链安装在行走大车车架左右两侧。前提升系统按正向布置，即前悬挂杆和前轴在前，前提升缸、前协调杆以及前固定轴在其后(钳口为前，钳尾为后)。后提升系统的一对后提升缸和一对后悬挂杆也是左右对称布置。一对后悬挂杆上端分别用铰链连接在后滑动横梁的两侧，下端分别用铰链连接在后轴的两端，一对后提升缸上端分别用铰链连接在后协调杆的两端，下端分别用铰链连接在行走大车车架左右两侧，后协调杆中部与后臂中部固联，后臂后端固联在后固定轴上，后固定轴两端分别用铰链安装在行走大车车架左右两侧。后提升系统也按正向布置，即后悬挂杆和后轴在前，后提升缸、后协调杆以及后固定轴在其后。

所述实现夹钳横向平移和摆动运动的摆移机构由一只前滑动横梁、前滑槽、一只后滑动横梁、后滑槽组成。其中，前滑动横梁套装在前滑槽上，前滑槽横向固定安装在前臂前部，后滑动横梁套装在后滑槽上，后滑槽横向固定安装在后臂前部，前滑动横梁可由一对前滑动液压缸驱动在前滑槽上移动，后滑动横梁可由一对后滑动液压缸驱动在后滑槽上移动。

所述实现夹钳前后缓冲运动的缓冲机构由一对前后缓冲缸、缓冲协调杆和缓冲连接杆组成。一对前后缓冲缸左右对称布置，前端分别通过铰链与一对前悬挂杆中部连接，后端分别通过一对铰链与缓冲协调杆两端连接，缓冲协调杆中部用铰链与缓冲连接杆连接，这个缓冲连接杆直接固联于夹钳钳体上。夹钳的左右缓冲运动是由固联于夹钳钳体的一对左右缓冲缸实现的。

所述夹钳及连接装置包括夹钳、前连接铰链和后连接铰链。夹钳钳杆体的前部通过前连接铰链与前轴中部连接；夹钳钳杆体后部通过后连接铰链与后轴中部连接。

所述行走大车由大车车架和四个大车轮子组成，四个大车轮子安装固定在大车车架的底部。一对前提升缸下端分别用铰链连接在大车车架的左右两侧的下部，前固定轴两端分别用铰链安装在大车车架左右两侧的上部。一对后提升缸下端分别用铰链连接在大车车架左右两侧的下部，后固定轴两端分别用铰链安装在大车车架左右两侧的上部。

操作大型锻件时，前提升系统的一对前提升缸从左右两侧同步推动前协调杆并进一步带动与其固联的前臂绕前固定轴上下摆动，再带动固联于前臂前部的前滑槽并通过前滑动横梁带动一对前悬挂杆上下同步运动，再通过前轴、前连接铰链带动夹钳作上下升降运动。同样，后提升系统的一对后提升缸从左右两侧同步推动后协调杆并进一步带动后臂绕后固定轴上下摆动，再带动固联于后臂前部的后滑槽并通过后滑动横梁带动一对后悬挂杆上下同步运动，再通过后轴、后连接铰链带动夹钳作上下升降运动。当一对前提升缸与一对后提升缸同步升降时，前、后提升系统带动夹钳作上下平行升降提升运动；当一对前提升缸与一对后提升缸不同步升降时，前、后提升系统带动夹钳作俯仰运动。前滑动横梁在前滑动液压缸驱动下在前滑槽上移动时，将带动一对前悬挂杆，进而通过前轴和前连接铰链，从夹钳钳体前部推动夹钳实现横向运动；后滑动横梁在后滑动液压缸驱动下在后滑槽上移动时，将带动一对后悬挂杆，进而通过后轴和后连接铰链，从夹钳钳体后部推动夹钳实现横向运动。当前、后滑动液压缸作同步运动时，将同步推动夹钳实现横向平移运动。当前、后滑动液压缸作反向运动时，将反向推动夹钳实现摆动运动。在大车起动加速和停车减速阶段以及大锻件锻造过程中，通过一对前后缓冲缸的伸缩运动以及一对左右缓冲缸的伸缩运动，实现夹钳对突变外力进行适应的缓冲运动，其中，一对前后缓冲缸的缓冲力直接作用于夹钳体上。行走大车可实现锻造过程中的进给。

本发明通过一个同向式六自由度锻造操作机构型，利用一对前提升缸、一对后提升缸、一对前滑动液压缸和一对后滑动液压缸的运动和输出力作为运动和力输入，得到大吨位操作力和六维操作运动，以较低成本实现大型锻件的钳杆升降、钳杆俯仰、钳杆横移、钳杆摆动、锻造过程中锻件延展变形的夹钳退让等多方位操作，达到大型/超大型锻件的锻造操作。本发明采用了同向式六自由度混联机构构型，它是一种运动解耦机构构型，六维运动具有独立性，其力学性能优于并联机构。采用前、后提升系统都按正向布置的同向式混联机构构型并且缓冲缸直接安装于夹钳钳体上，具有加工工艺性好，控制容易等特点。另外，本发明可模块化设计、制造容易，锻件锻造时可通过输入运动的控制来适应锻件毛坯的变形，避免锻造过程中行走大车的伺服跟踪运动，易于保证锻件的锻造质量，降低能耗，提高生产效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：四个大车轮子1，大车车架2，一对前提升缸3，一对前悬挂杆4，前轴5，前连接铰链6，一对前后缓冲缸7，夹钳8，前滑槽9，前滑动横梁10，前协调杆11，前臂12，前固定轴13，后固定轴14，后协调杆15，后臂16，后滑动横梁17，后滑槽18，缓冲协调杆19，缓冲连接杆20，一对后悬挂杆21、一对左右缓冲缸22，后连接铰链23，后轴24和一对后提升缸25。

以上构件可组成锻造操作机的提升机构、摆移机构、缓冲机构、夹钳及连接装置和行走大车。

其中，实现夹钳升降和俯仰运动的提升机构由两大部分组成，第一部分是由一对前悬挂杆4、前轴5、一对前提升缸3、前臂12、前协调杆11和前固定轴13组成的前提升系统；第二部分是由一对后悬挂杆21、后轴24、一对后提升缸25、后臂16，后协调杆15和后固定轴14组成的后提升系统。本发明的前后两套提升系统按同向布置，即前后提升系统都按正向布置。

其中，前提升系统的一对前提升缸3和一对前悬挂杆4都是左右对称布置。一对前悬挂杆4上端分别用铰链连接在前滑动横梁10的两侧，下端分别用铰链连接于前轴5的两端，一对前提升缸3上端分别用铰链连接在前协调杆4的两端，下端分别用铰链连接在大车车架2的左右两侧的下部，前协调杆11中部与前臂12中部固联，前臂12后部固联在前固定轴13上，前固定轴13两端分别用铰链安装在大车车架2左右两侧的上部。前提升系统按正向布置，即前悬挂杆4和前轴5在前，前提升缸3、前协调杆11以及前固定轴13在其后(钳口为前，钳尾为后)。后提升系统的一对后提升缸25和一对后悬挂杆21也是左右对称布置。一对后悬挂杆21上端分别用铰链连接在后滑动横梁17的两侧，下端分别用铰链连接在后轴24的两端，一对后提升缸25上端分别用铰链连接在后协调杆15的两端，下端分别用铰链连接在大车车架2左右两侧的下部，后协调杆15中部与后臂16中部固联，后臂16后端固联在后固定轴14上，后固定轴14两端分别用铰链安装在大车车架2左右两侧的上部。后提升系统也按正向布置，即后悬挂杆21和后轴24在前，后提升缸25、后协调杆15以及后固定轴14在其后。

实现夹钳横向平移和摆动运动的摆移机构由一只前滑动横梁10、前滑槽9、一只后滑动横梁17、后滑槽18组成。其中，前滑动横梁10套装在前滑槽9上，前滑槽9横向固定安装在前臂12前部，后滑动横梁17套装在后滑槽18上，后滑槽18横向固定安装在后臂16前部，前滑动横梁10可由一对前滑动液压缸驱动在前滑9上移动，后滑动横梁17可由一对后滑动液压缸驱动在后滑槽18上移动。

实现夹钳前后缓冲运动的缓冲机构由一对前后缓冲缸7、缓冲协调杆19和缓冲连接杆20组成。一对前后缓冲缸7左右对称布置，前端分别通过铰链与一对前悬挂杆4中部连接，后端分别通过一对铰链与缓冲协调杆19两端连接，缓冲协调杆19中部用铰链与缓冲连接杆20连接，这个缓冲连接杆20直接固联于夹钳8钳体上。夹钳8的左右缓冲运动是由固联于夹钳8钳体的一对左右缓冲缸22实现的。

夹钳及连接装置包括夹钳8、前连接铰链6、后连接铰链23。通过前连接铰链6，夹钳8钳杆体的前部与前轴5中部连接；通过后连接铰链23，夹钳8钳杆体后部与后轴24中部连接。

大车车架2和四个大车轮子1组成行走大车，四个大车轮子1安装固定在大车车架2的底部。

操作大型锻件时，前提升系统的一对前提升缸3从左右两侧同步推动前协调杆11并进一步带动与其固联的前臂12绕前固定轴13上下摆动，再带动固联于前臂12前部的前滑槽9并通过前滑动横梁10带动一对前悬挂杆4上下同步运动，再通过前轴5、前连接铰链6带动夹钳8作上下升降运动。同样，后提升系统的一对后提升缸25从左右两侧同步推动后协调杆15并进一步带动后臂16绕后固定轴14上下摆动，再带动固联于后臂16前部的后滑槽18并通过后滑动横梁17带动一对后悬挂杆21上下同步运动，再通过后轴24、后连接铰链23带动夹钳8作上下升降运动。当一对前提升缸3与一对后提升缸25同步升降时，前、后提升系统带动夹钳8作上下平行升降提升运动；当一对前提升缸3与一对后提升缸25不同步升降时，前、后提升系统带动夹钳8作俯仰运动。前滑动横梁10在前滑动液压缸驱动下在前滑槽9上移动时，将带动一对前悬挂杆4，进而通过前轴5和前连接铰链6，从夹钳8钳体前部推动夹钳8实现横向运动；后滑动横梁17在后滑动液压缸驱动下在后滑槽18上移动时，将带动一对后悬挂杆21，进而通过后轴24和后连接铰链23，从夹钳8钳体后部推动夹钳8实现横向运动。当前、后滑动液压缸作同步运动时，将同步推动夹钳8实现横向平移运动。当前、后滑动液压缸作反向运动时，将反向推动夹钳8实现摆动运动。在大车起动加速和停车减速阶段以及大锻件锻造过程中，通过一对前后缓冲缸7的伸缩运动以及一对左右缓冲缸22的伸缩运动，实现夹钳8对突变外力进行适应的缓冲运动，其中，一对前后缓冲缸7的缓冲力直接作用于夹钳体8上。行走大车可实现锻造过程中的进给。

Claims (8)

1、一种同向式六自由度锻造操作机，包括：实现夹钳升降和俯仰运动的提升机构、实现夹钳横向平移和摆动运动的摆移机构、实现夹钳缓冲运动的缓冲机构、夹钳及连接装置和行走大车，其特征在于：所述实现夹钳升降和俯仰运动的提升机构由两大部分组成，第一部分是由一对前悬挂杆、前轴、一对前提升缸、前臂、前协调杆和前固定轴组成的前提升系统，第二部分是由一对后悬挂杆、后轴、一对后提升缸、后臂、后协调杆和后固定轴组成的后提升系统，前提升系统、后提升系统按同向布置，其中：

前提升系统的一对前提升缸和一对前悬挂杆都是左右对称布置，一对前悬挂杆上端分别用铰链连接在前滑动横梁的两侧，下端分别用铰链连接于前轴的两端，一对前提升缸上端分别用铰链连接在前协调杆的两端，下端分别用铰链连接在行走大车车架左右两侧，前协调杆中部与前臂中部固联，前臂后部固联在前固定轴上，前固定轴两端分别用铰链安装在行走大车车架左右两侧，前提升系统中，前悬挂杆和前轴在前，前提升缸、前协调杆以及前固定轴在其后；

后提升系统的一对后提升缸和一对后悬挂杆也是左右对称布置，一对后悬挂杆上端分别用铰链连接在后滑动横梁的两侧，下端分别用铰链连接在后轴的两端，一对后提升缸上端分别用铰链连接在后协调杆的两端，下端分别用铰链连接在行走大车车架左右两侧，后协调杆中部与后臂中部固联，后臂后端固联在后固定轴上，后固定轴两端分别用铰链安装在行走大车车架左右两侧，后提升系统中，后悬挂杆和后轴在前，后提升缸、后协调杆以及后固定轴在其后；

所述实现夹钳横向平移和摆动运动的摆移机构由前滑动横梁、前滑槽、后滑动横梁、后滑槽组成，前滑动横梁套装在前滑槽上，前滑槽横向固定安装在前臂前部，后滑动横梁套装在后滑槽上，后滑槽横向固定安装在后臂前部；

所述实现夹钳前后缓冲运动的缓冲机构由一对前后缓冲缸、缓冲协调杆和缓冲连接杆组成，一对前后缓冲缸左右对称布置，前端分别通过铰链与一对前悬挂杆中部连接，后端分别通过一对铰链与缓冲协调杆两端连接，缓冲协调杆中部用铰链与缓冲连接杆连接，这个缓冲连接杆直接固联于夹钳钳体上；

所述夹钳及连接装置包括夹钳、前连接铰链和后连接铰链，夹钳钳杆体的前部通过前连接铰链与前轴中部连接，夹钳钳杆体后部通过后连接铰链与后轴中部连接。

2、根据权利要求1所述的同向式六自由度锻造操作机，其特征是，所述一对前提升缸与一对后提升缸同步升降时，前、后提升系统带动夹钳作上下平行升降提升运动，所述一对前提升缸与一对后提升缸不同步升降时，前、后提升系统带动夹钳作俯仰运动。

3、根据权利要求1所述的同向式六自由度锻造操作机，其特征是，所述前提升系统的一对前提升缸从左右两侧同步推动前协调杆并进一步带动与其固联的前臂绕前固定轴上下摆动，再带动固联于前臂前部的前滑槽并通过前滑动横梁带动一对前悬挂杆上下同步运动，再通过前轴、前连接铰链带动夹钳作上下升降运动。

4、根据权利要求1所述的同向式六自由度锻造操作机，其特征是，所述后提升系统的一对后提升缸从左右两侧同步推动后协调杆并进一步带动后臂绕后固定轴上下摆动，再带动固联于后臂前部的后滑槽并通过后滑动横梁带动一对后悬挂杆上下同步运动，再通过后轴、后连接铰链带动夹钳作上下升降运动。

5、根据权利要求1所述的同向式六自由度锻造操作机，其特征是，所述前滑动横梁由一对前滑动液压缸驱动在前滑槽上移动，前滑动横梁在前滑动液压缸驱动下在前滑槽上移动时，将带动一对前悬挂杆，进而通过前轴和前连接铰链，从夹钳钳体前部推动夹钳实现横向运动。

6、根据权利要求1所述的同向式六自由度锻造操作机，其特征是，所述后滑动横梁由一对后滑动液压缸驱动在后滑槽上移动，后滑动横梁在后滑动液压缸驱动下在后滑槽上移动时，将带动一对后悬挂杆，进而通过后轴和后连接铰链，从夹钳钳体后部推动夹钳实现横向运动。

7、根据权利要求1所述的同向式六自由度锻造操作机，其特征是，所述夹钳的左右缓冲运动是由固联于夹钳钳体的一对左右缓冲缸实现的。

8、根据权利要求1所述的同向式六自由度锻造操作机，其特征是，所述行走大车由大车车架和四个大车轮子组成，四个大车轮子安装固定在大车车架的底部，一对前提升缸下端分别用铰链连接在大车车架的左右两侧的下部，前固定轴两端分别用铰链安装在大车车架左右两侧的上部，一对后提升缸下端分别用铰链连接在大车车架左右两侧的下部，后固定轴两端分别用铰链安装在大车车架左右两侧的上部。

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