CN101480692A

CN101480692A - 伺服压力机

Info

Publication number: CN101480692A
Application number: CNA2009100281377A
Authority: CN
Inventors: 彭斌彬; 孙宇; 曾梁彬; 陈小岗; 刘远伟; 武凯
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: CN101480692B

Abstract

本发明公开了一种伺服压力机机构，在机身的横梁与主轴支架之间设置滑动装置，该滑动装置通过推杆与连杆支架连接，该连杆支架通过上连杆与机身的横梁连接，同时该连杆支架通过下连杆与滑块连接，推杆、连杆支架、上连杆和下连杆沿滑动装置对称设置两套；伺服电机驱动滑动装置上下滑动，该滑动装置通过推杆带动连杆支架摆动，同时连杆支架通过下连杆带动滑块上下运动，完成对金属或非金属材料工件的压力加工。本发明运动支链中的连杆采用平行四边形结构，能够在运动过程中保证两侧的连杆支架、滑块始终保持水平姿态，消除了滑块运动的翻转自由度；机身横梁与滑块之间有四个支撑点，提高了抗偏载能力，同时使得工作滑块运动更加平稳。

Description

伺服压力机

技术领域

本发明用于金属或非金属的压力加工领域，特别是一种伺服压力机机构。

背景技术

锻压生产在国防工业和民用工业中占有极其重要的地位。采用锻压工艺的塑性成型移动材料单位体积的速度比切削加工快，生产效率高；能够改善材料内部的结构和缺陷，提高零件的机械性能；零件重量轻，材料利用率高。因此，锻压加工的零件数量在各行各业中所占比重很大。随着现代社会的发展，个性化的社会需求越来越多，这就要求企业生产的产品必须具有多样性，因此生产设备也就要求具有很高的柔性，可以生产多种不同规格的产品。传统的锻压设备多为刚性设备，很难满足这种柔性可调的要求，因此具有高柔性和高效率的自动化加工冲压设备就成为现在研究的一个热点。大约在10年前开发出的伺服压力机，随着其在汽车零件、电子零件等高精度、难成形加工领域中的应用，已经显示出了以前压力机所无法比拟的优越性。

一般来说，只要将传统机械压力机的普通电机换成伺服电机就可以将普通压力机改造成伺服压力机。受伺服电机的容量限制，要实现大吨位的压力输出，往往要通过机械增力机构来实现，目前这类结构设计方案中基本采用对称布置的双肘杆机构。CN101117028A提出的伺服压力机采用蜗轮蜗杆驱动方式，带动螺杆上的螺母上下运动，通过对称布置的双肘杆机构的运动传递最终完成滑块的运动，这种结构能够实现较高的输出力。CN101073924A提出的伺服压力机，伺服电机通过皮带将运动传递到一组啮合的同步齿轮机构上，通过同轴固结的曲柄肘杆机构驱动滑块运动。这种结构能够实现对滑块运动的柔性控制，并具有低速冲压、高速回程的特性。然而，这两种伺服压力机设计的肘杆机构中，在没有滑块导轨约束的情况下滑块将具有一个多余的转动自由度，这个多余的转动自由度完全靠导轨来约束，容易使导轨受磨损而影响运动精度。另外对称布置的双肘杆机构支点只有两个，抗偏载能力不强，影响其刚度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于金属或非金属材料成形加工的伺服压力机结构，有四个支点，具有更高的抗偏载能力，同时通过机构保证滑块无转动运动，提高其运动精度。

实现本发明目的的技术方案为：一种应用于金属或非金属材料成形加工的伺服压力机，在机身的横梁与主轴支架之间设置滑动装置，该滑动装置通过推杆与连杆支架连接，该连杆支架通过上连杆与机身的横梁连接，同时该连杆支架通过下连杆与工作滑块连接，连杆支架、上连杆和下连杆构成一条运动支链，推杆和相同两条的运动支链沿滑动装置对称设置，机身的横梁和工作滑块之间通过该两条运动支链连接，形成一个封闭的结构；伺服电机驱动滑动装置上下滑动，该滑动装置通过推杆带动连杆支架摆动，同时连杆支架通过下连杆带动工作滑块上下运动，完成对金属或非金属材料工件的压力加工。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)两条对称的运动支链中的连杆均采用平行四边形结构，因此能够保证在运动过程中，两侧的连杆支架、滑块始终保持水平姿态，通过机构消除了滑块运动的翻转自由度。(2)推杆结构的及其对称轴线方向运动的驱动滑块，又消除了滑块运动的水平方向自由度，这样通过机构自身而不需要滑块导轨约束就能实现竖直方向单自由度运动。(3)当对复杂非对称零件进行加工时，由于自身的运动特性约束，受到非对称载荷的滑块在运动中将不会对机身造成侧向载荷，从而提高了机构的抗偏载能力。(4)机身横梁与工作滑块之间有四个支撑点，提高了压力机的抗偏载能力，同时使得工作滑块运动更加平稳。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明伺服压力机的三维模型图。

图2a是本发明伺服压力机双推杆机构的主视图。

图2b是本发明伺服压力机双推杆机构的A-A剖视图。

图3a是本发明伺服压力机单推杆机构的主视图。

图3b是本发明伺服压力机单推杆机构的A-A剖视图。

图4a是本发明伺服压力机滑动装置为导杆的主视图。

图4b是图4a的A-A剖视图。

图5是本发明伺服压力机机身设置有导轨的三维模型图。

具体实施方式

结合图1，本发明伺服压力机应用于金属或非金属材料成形加工在机身1的横梁与主轴支架9之间设置滑动装置，该滑动装置通过推杆5与连杆支架6连接，该连杆支架6通过上连杆3与机身1的横梁连接，同时该连杆支架6通过下连杆4与工作滑块2连接，连杆支架6、上连杆3和下连杆4构成一条运动支链，推杆5和相同两条的运动支链沿滑动装置对称设置，机身1的横梁和工作滑块2之间通过该两条运动支链连接，形成一个封闭的结构；伺服电机驱动滑动装置上下滑动，该滑动装置通过推杆5带动连杆支架6摆动，同时连杆支架6通过下连杆4带动工作滑块2上下运动，从而完成对金属或非金属材料工件的压力加工(锻压)。推杆5可以为一根，如图3a和图3b，或者一根以上，即可以为两根，如图2a和图2b，或两根以上，一根以上的推杆5相互之间保持平行，且各推杆长度相等。上连杆3和下连杆4由两根或两根以上的连杆组成，上连杆3和下连杆4的各连杆之间分别平行，且长度相等，上连杆3和下连杆4的连杆长度可以相等，也可以不相等。

本发明伺服压力机的推杆5与连杆支架6、滑动装置之间分别通过转动铰链15a、15b连接；上连杆3与连杆支架6、横梁之间分别通过转动铰链13b、13a连接；下连杆4与连杆支架6、滑块2之间分别通过转动铰链14a、14b连接，如图1、图2a、图3a、图4a和图5。

结合图1、图2和图3，本发明伺服压力机的滑动装置由四条直线导轨10、丝杆7和驱动滑块8组成，四条直线导轨10固定在主轴支架9和机身1的横梁之间，丝杆7设置在四条直线导轨10中间，伺服电机驱动丝杆7来带动驱动滑块8在四条直线导轨10上滑动。四条直线导轨10分别布置在驱动滑块8的竖直方向的四条棱边上，且两端分别固定在固定机身1的横梁上和主轴支架9上，对驱动滑块8的运动起到导向作用。驱动滑块8固定在螺母上，通过伺服电机驱动丝杠7的转动从而带动螺母和驱动滑块8实现线性运动。驱动滑块8与连杆支架6之间通过转动副与推杆5的两端连接。由于四条直线导轨布置的对称性，两侧的对应导轨所受力与弯矩相等。

结合图4a和图4b，本发明伺服压力机的滑动装置由两根导杆12、丝杆7和驱动滑块8组成，两根导杆12固定在主轴支架9和机身1的横梁之间，丝杆7设置在两根导杆12中间，伺服电机驱动丝杆7来带动驱动滑块8在两根导杆12上滑动。两条导杆12的布置关于丝杆7的轴线对称，且两导杆12的轴线和丝杆7的轴线在一个平面上。这样布置的优点在于，两条导杆的轴线位置处在两侧肘杆机构的对称平面内，所受两侧推杆结构的作用力理论上完全相同，即不会产生弯矩，可以大大提高导杆的使用寿命。

结合图5，上述伺服压力机，还可以在滑块2两侧沿其运动方向的机身1上设置导轨11。在理论上不需要导轨的约束滑块能够保证竖直方向的单自由度运动，但在大载荷情况下，由于偏载作用可能引起两侧连杆的受力不均匀，使得各杆件存在变形，从而导致滑块2的运动不是完全沿竖直方向，还可能存在水平方向上的微小运动。通过导轨11的导向约束作用，可以更好的确保滑块2的运动精度。

上述伺服压力机的机身1固定不动，滑块2可在竖直方向上做单自由度运动。滑块2通过两条对称的运动支链(连杆支架6、上连杆3和下连杆4)连接到固定机身1上，并构成一个封闭结构。每条运动支链由上平行四边形结构、连杆支架6和下平行四边形结构串联而成。上平行四边形结构是由两根或两根以上相同的上连杆3两端分别通过转动铰链13a、13b与固定机身1的横梁和连杆支架6串联而成；这样的结构约束了连杆支架6在运动过程中始终是保持平动状态而无转动。下平行四边形结构是由两根或两根以上相同的下连杆4两端分别通过转动铰链14a、14b与连杆支架6和滑块2串联而成；这样的结构约束了滑块2在运动过程中始终保持水平姿态的平动而无转动。上连杆3与下连杆4的长度可以相同也可以不同。由伺服电机驱动的丝杆7的轴线位置处于两条运动支链的对称轴线上，其与伺服电机连接的一端固定在固定机身1的横梁上，另一端固定在主轴支架9上。主轴支架9水平布置，通过其两侧的四个端面固定在机身内侧的中部，其设计可以避免丝杆7处于悬臂状态，增强丝杆7的刚度。另外，机身1的横梁与主轴支架9之间，在平行于丝杆7的轴线方向上布置了滑动装置，对丝杆7上的驱动滑块8的运动起到导向作用。驱动滑块8的两侧通过转动铰链15b对称固定着两组相同的推杆5，推杆5的另一端通过转动铰链15a分别固定在每组运动支链的连杆支架6上。每组推杆结构可以是由两根或两根以上相同的推杆组成的平行四边形机构，也可以就是单独一根肘杆。每一侧的推杆5与一条运动支链可以构成一个类似于推杆压力机的结构。

由上述可知，运动支链中的平行四边形结构保证了在运动过程中滑块2并不会产生翻转自由度；另外，由于丝杆7的轴线方向在两条运动支链的对称轴线位置，则驱动滑块8的运动也在该对称轴线上，由结构的对称性可知，滑块2的运动也应该是对称的，即不会出现水平方向上的运动自由度。通过这两方面的结构设计，从而使得滑块在没有导轨导向的约束下，能够满足单自由度运动的要求。

Claims

1、一种应用于金属或非金属材料成形加工的伺服压力机，其特征在于：在机身[1]的横梁与主轴支架[9]之间设置滑动装置，该滑动装置通过推杆[5]与连杆支架[6]连接，该连杆支架[6]通过上连杆[3]与机身[1]的横梁连接，同时该连杆支架[6]通过下连杆[4]与工作滑块[2]连接，连杆支架[6]、上连杆[3]和下连杆[4]构成一条运动支链，推杆[5]和相同两条的运动支链沿滑动装置对称设置，机身[1]的横梁和工作滑块[2]之间通过该两条运动支链连接，形成一个封闭的结构；伺服电机驱动滑动装置上下滑动，该滑动装置通过推杆[5]带动连杆支架[6]摆动，同时连杆支架[6]通过下连杆[4]带动工作滑块[2]上下运动，完成对金属或非金属材料工件的压力加工。

2、根据权利要求1所述的伺服压力机，其特征在于：每条运动支链由上平行四边形结构、连杆支架[6]和下平行四边形结构串联而成，上平行四边形结构是由两根或两根以上相同的上连杆[3]两端分别通过转动铰链[13a、13b]与机身[1]的横梁和连杆支架[6]串联而成；下平行四边形结构是由两根或两根以上相同的下连杆[4]两端分别通过转动铰链[14a、14b]与连杆支架[6]和滑块[2]串联而成。

3、根据权利要求1所述的伺服压力机，其特征在于：推杆[5]与连杆支架[6]、滑动装置之间分别通过转动铰链[15a、15b]连接；上连杆[3]与连杆支架[6]、横梁之间分别通过转动铰链[13b、13a]连接；下连杆[4]与连杆支架[6]、滑块[2]之间分别通过转动铰链[14a、14b]连接。

4、根据权利要求1或3所述的伺服压力机，其特征在于：滑动装置由四条直线导轨[10]、丝杆[7]和驱动滑块[8]组成，四条直线导轨[10]固定在主轴支架[9]和机身[1]的横梁之间，丝杆[7]设置在四条直线导轨[10]中间，伺服电机驱动丝杆[7]来带动驱动滑块[8]在四条直线导轨[10]上滑动。

5、根据权利要求1或3所述的伺服压力机，其特征在于：滑动装置由两根导杆[12]、丝杆[7]和驱动滑块[8]组成，两根导杆[12]固定在主轴支架[9]和机身[1]的横梁之间，丝杆[7]设置在两根导杆[12]中间，伺服电机驱动丝杆[7]来带动驱动滑块[8]在两根导杆[12]上滑动。

6、根据权利要求1或3所述的伺服压力机，其特征在于：推杆[5]为一根或一根以上，一根以上的推杆[5]相互之间保持平行，且各推杆[5]长度相等。

7、根据权利要求1或3所述的伺服压力机，其特征在于：上连杆[3]和下连杆[4]由两根或两根以上的连杆组成，上连杆[3]和下连杆[4]的各连杆之间分别平行，且长度相等，上连杆[3]和下连杆[4]的连杆长度相等或不相等。

8、根据权利要求1所述的伺服压力机，其特征在于：在滑块[2]两侧沿其运动方向的机身[1]上设置导轨[11]。