CN101863131B

CN101863131B - 一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置

Info

Publication number: CN101863131B
Application number: CN2010101858416A
Authority: CN
Inventors: 王立平; 刘辛军; 谢福贵; 陈祥
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2030-05-21
Also published as: CN101863131A

Abstract

本发明涉及一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置，属于机械制造领域。包括定平台、一个安装冲头的动平台、连接动平台和定平台之间的第一、第二支链以及与定平台固定连接的限定动平台运动方向的导套、运动副以及两个伺服电机；第一、第二支链均由外套杆和内杆组成的伸缩杆构成，运动副包括外套杆和内杆之间的由伺服电机主动驱动的移动副、动平台与导套之间、定平台与外套杆之间及内杆与动平台之间的随动运动副；由两个伺服电机分别主动驱动第一、第二支链的伸缩杆实现对动平台的冗余驱动，使动平台沿导套允许方向单自由度冲压运动；该装置具有结构简单、制造成本低、刚度高、动态特性好、响应快以及易于实现高速高精度冲压任务等优点。

Description

一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置

技术领域

本发明属于机械制造领域，特别涉及一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置。

背景技术

机械伺服数控转塔冲床是“高档数控机床与基础制造装备”重大专项的关键设备之一，是一种可完成板料的自动输送、冲模的自动更换和板材的高效率精密加工、适合于薄板连续高速伺服冲切加工的冲压设备，可高效精密加工各种板料冲压零件，其基本特征是高效率、高精度、节能、环保和自动化，代表了数控转塔冲床的发展方向。机械伺服数控转塔冲床集整机结构优化技术、伺服驱动主传动技术、伺服驱动冲压控制技术、送料机构设计及控制技术、伺服主传动高速运转下的热平衡技术及数控系统集成化智能化技术等关键技术为一体，具备自动、高速、精密三个基本特征，广泛应用于航空航天、汽车、发电设备、信息、家电等高科技领域，是为保证经济和国防安全而必须自主研发的重大装备之一。

目前，数控转塔冲床的冲压主传动多采用高速液压冲头系统或普通电机机械主传动，液压主传动或是普通电机机械主传动的数控转塔冲床只要开机，主电机就会一刻不停的运转，空运转消耗电能较多。液压系统控制油路的伺服阀对油品的要求高，液压油需要定期更换，在维护过程中也要确保油路不受污染。机床工作时，高压油路阀高速换向时的冲击噪音较大。

与液压主传动数控转塔冲床相比，机械伺服数控转塔冲床具有节能、环保和维护简单、可靠性高等优点。很多国家的冲床厂家已逐步停产液压主传动数控转塔冲床，转而仅提供机械伺服主传动的数控转塔冲床。与普通电机机械主传动相比，伺服电机机械主传动具有高速、高精度、高度节能和冲程可变等绝对优势，是跨时代的升级换代技术。

国际上商品化生产机械伺服数控转塔冲床厂家主要有日本的天田和村田、芬兰的芬宝，其中天田的销量最大、品种规格也较多。天田的EM系列机械伺服主传动冲床的机械结构最简单，基本上与传统的曲轴、连杆、垂直滑块的机械传动结构相同。用定制在曲轴两端的大功率伺服主轴电机，取代了传统机械结构中的普通电机与飞轮。其缺点是定制的伺服主轴电机成本非常高，小角度正反向旋转驱动的电气控制要求高(相同的步冲冲程对比，EM的电机转角较小)。鉴于上述缺点，天田公司又开发了相对比较经济的AC系列机械伺服主传动的冲床，其中伺服电机采用了数控系统生产厂家标配的小惯量大功率伺服电机，电机通过安全联轴器直接驱动大导程滚珠丝杠；丝杠驱动水平滑块作水平往复运动；水平滑块通过铰轴联接杆带动旋转杠杆作一定角度的往复摆动；旋转杠杆带动垂直滑块实现上下方向的冲压运动。这也带来了新的问题：电机旋转运动与垂直滑块的上下运动转换关系计算复杂，电气控制要求高、难度大，满负荷行程小。

村田的机械伺服主传动结构采用了旁置曲柄的肘杆式增力传动结构，伺服电机通过大功率减速箱驱动曲柄旋转；曲柄带动连杆，连杆带动肘杆摆动；肘杆带动垂直滑块产生上下方向的冲压运动。其缺点在于：曲柄加肘杆的双重叠加产生垂直滑块的上下运动转换关系计算复杂，且机械结构较复杂，所需高度尺寸较大。

芬宝E系列的伺服主传动结构采用了大导程的滚珠丝杠推动水平滑块作前级的水平运动，后级转化到垂直滑块作上下运动时，芬宝采用了更为简单的楔块、辊轴结构。因此，所需电机功率较大，对电机的动态特性要求较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置，该装置具有结构简单、制造成本低、刚度高、动态特性好、响应快以及易于实现高速高精度冲压任务等优点。

本发明提出一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置，其特征在于，包括定平台、一个安装冲头的动平台、连接所述动平台和定平台之间的第一、第二支链以及一个与所述定平台固定连接的限定动平台运动方向的导套、运动副以及两个伺服电机；该第一、第二支链均由外套杆和内杆组成的伸缩杆构成，所述运动副包括外套杆和内杆之间的由伺服电机主动驱动的移动副、动平台与导套之间的随动的圆柱副或移动副、定平台与外套杆之间的随动运动副、内杆与动平台之间的随动运动副，且定平台与外套杆之间的运动副以及内杆与动平台之间的运动副可根据需要选取转动副、虎克铰或者球铰；由两个伺服电机分别主动驱动第一、第二支链的伸缩杆实现对动平台的冗余驱动，使动平台沿导套允许方向实现单自由度冲压运动；

本发明的特点及技术效果

本发明提出的一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置，由两个伺服电机分别主动驱动伸缩杆实现对动平台的冗余驱动，使其沿导套允许方向实现单自由度冲压运动，具有结构简单、制造成本低、刚度高、动态特性好、响应快以及易于实现高速高精度冲压任务等优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

本发明的一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置结合附图及实施例详细说明如下：

本发明提出一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置，包括定平台、一个安装冲头的动平台、连接所述动平台和定平台之间的第一、第二支链以及一个与所述定平台固定连接的限定动平台运动方向的导套、运动副以及两个伺服电机；该第一、第二支链均由外套杆和内杆组成的伸缩杆构成，所述运动副包括外套杆和内杆之间的由伺服电机主动驱动的移动副、动平台与导套之间的随动的圆柱副或移动副、定平台与外套杆之间的随动运动副、内杆与动平台之间的随动运动副，且定平台与外套杆之间的运动副以及内杆与动平台之间的运动副可根据需要选取转动副、虎克铰或者球铰；由两个伺服电机分别主动驱动第一、第二支链的伸缩杆实现对动平台的冗余驱动，使动平台沿导套允许方向实现单自由度冲压运动；

上述的动平台与第一、第二支链的内杆相连接的两个运动副不重合；定平台与外套杆之间的运动副以及内杆与动平台之间的运动副之中的一个运动副为转动副，另外一个运动副为转动副、虎克铰或球铰。

上述的动平台与第一、第二支链的内杆相连接的两个运动副也可以重合；所述定平台与外套杆之间的运动副以及内杆与动平台之间的运动副均为转动副、虎克铰或球铰。

实施例1：

本实施例的一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置的结构如图1所示，包括：包括定平台16、一个安装冲头的动平台12、连接所述动平台12和定平台16之间的第一、第二支链以及一个与所述定平台12固定连接的限定动平台运动方向的导套11(导套与定平台均固定于床身)、运动副以及两个伺服电机15、17；该第一、第二支链均由外套杆14、18和内杆13、19组成的伸缩杆构成，所述运动副包括外套杆14、18和内杆13、19之间的由伺服电机15、17主动驱动的移动副、动平台12与导套11之间的随动的圆柱副、定平台16与外套杆14、18之间的随动的转动副、内杆13、19与动平台12之间的随动的转动副；由两个伺服电机15、17分别主动驱动第一、第二支链的伸缩杆实现对动平台12的冗余驱动，使动平台12沿导套11允许方向实现单自由度冲压运动；

本实施例的动平台12与第一、第二支链的内杆13、19相连接的两个转动副的转动轴线不重合；

本实施例中定平台16与外套杆14、18之间的转动副以及内杆13、19与动平台12之间的转动副之中的一个转动副可以是虎克铰或球铰。

所述导套11与所述动平台12之间的圆柱副还可以为移动副。

实施例2：

本实施例的一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置的结构如图2所示，该装置与实施例1的不同之处在于所述动平台12与第一、第二支链的内杆13、19相连接的两个转动副的转动轴线重合。

所述定平台16与外套杆14、18之间的转动副以及内杆13、19与动平台12之间的转动副均还可以是虎克铰或球铰。

所述导套11与所述动平台12之间的圆柱副还可以为移动副。

Claims

1.一种机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置，其特征在于：包括定平台、一个安装冲头的动平台、连接所述动平台和定平台之间的第一、第二支链以及一个与所述定平台固定连接的限定动平台运动方向的导套、运动副，及两个伺服电机；该第一、第二支链均由外套杆和内杆组成的伸缩杆构成，所述运动副包括外套杆和内杆之间的由伺服电机主动驱动的移动副、动平台与导套之间的随动的圆柱副或移动副、定平台与外套杆之间的随动运动副、内杆与动平台之间的随动运动副；由两个伺服电机分别主动驱动第一、第二支链的伸缩杆实现对动平台的冗余驱动，使动平台沿导套允许方向实现单自由度冲压运动。

2.如权利要求1所述的机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置，其特征在于，所述动平台与第一、第二支链的内杆相连接的两个运动副不重合；所述定平台与外套杆之间的运动副以及内杆与动平台之间的运动副之中的一个运动副为转动副，另一个运动副为转动副。

3.如权利要求1所述的机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置，其特征在于，所述动平台与第一、第二支链的内杆相连接的两个运动副重合；所述定平台与外套杆之间的运动副以及内杆与动平台之间的运动副均为转动副。

4.如权利要求2或3所述的机械伺服数控转塔冲床的冗余驱动主传动装置，其特征在于，所述的转动副采用虎克铰或球铰。