CN102205386A - 六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机 - Google Patents

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郭为忠
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Abstract

一种锻压机械技术领域的六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机，包括：机架、六组相同的偏心轮驱动装置、六自由度并联机构、多连杆机构和冲压滑块，六组偏心轮驱动装置与六自由度并联机构连接，多连杆机构分别与六自由度并联机构和冲压滑块连接，机架套接于六组相同的偏心轮驱动装置、六自由度并联机构、多连杆机构和冲压滑块的外侧。本发明利用六自由度并联机构的有六个输入而无运动干涉特性，以伺服电机驱动偏心轮为输入，采用六自由度并联机构协调并合成六个伺服电机的运动和扭矩，输出到动平台，再由动平台驱动多连杆机构，推动冲压滑块完成单自由度的直线运动。

Description

六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机
技术领域
本发明涉及的是一种锻压机械技术领域的装置，具体是一种六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机。
背景技术
将交流伺服电动机应用于机械压力机的研究始于上世纪90年代美国俄亥俄州立大学工程研究中心，该中心S.Yossifon和R.Shivpuri(S.Yossifon and R.Shivpuri，Design considerations for the electric servomotor driven 30 ton double knuckle press for precision forming，International Journal of Machine Tools and Manufacture，33(1993)209-220)提出了由交流伺服电动机驱动滚珠丝杠或曲柄，通过多杆机构将运动转化为滑块所需的运动它能极方便地改变滑块的运动曲线，获得不同的工件变形速度，适用于不同的冲压工艺，保证冲压件的质量。之后，交流伺服电动机应用于机械压力机的研究迅速发展，日本、加拿大等国均进行了深入的研究，日本小松和会田等公司分别开发了各自的交流伺服电动机驱动型压力机。其中，日本著名的压力机生产厂商komatsu公司将其称为具有“free motion”的压力机(K.Miyoshi，Current trends in free motion presses，Proc.3rd JSTP International Seminar on Precision Forging，Nagoya，Japan，Mar，(2004)69-74)，通过编制不同的程序实现工艺所需的各种运动曲线，已研发出3代不同的产品：1998年的HCP3000，2001年的H2F、H4F系列和2002年的H1F系列。交流伺服电机驱动压力机是成形装备发展的新动向，是设备可控化发展的必然趋势。
由于交流伺服电机驱动压力机没有飞轮储蓄能量克服锻压工件时需要的成形压力，为达到较大的公称压力值，往往通过肘杆机构等传动机构实现一定的增力作用。受伺服电机功率和输出扭矩较小的限制，虽然肘杆机构具有大的增力比，但单电机驱动方式难以构建大吨位的压力机。
经过对现有技术文献的检索发现，美国专利号5,832,816，公开日1998.11.10，记载了一种“用于压力机的冲压滑块驱动装置”，该技术用两个伺服电机同步驱动一个水平放置的转动轴，用传动机构(如连杆机构、滚珠丝杆机构或凸轮机构等)将转动轴的水平运动转化成冲压滑块的垂直运动。从机构学的角度来看，上述压力机的传动机构为单自由度机构，单自由度机构实现确定运动的原则是应用一台伺服电动机驱动。如采用两个伺服电机同时驱动，这两个伺服电机必须保证时时同步，以避免输入不同步造成的运动干涉。这样虽然可以增加输入功率，增大压机的成形压力，却增加了控制策略的难度，并且控制的稳定性变差，任一个输入误差都会造成驱动机构无法正常工作甚至发生损坏。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机，利用六自由度并联机构的有六个输入而无运动干涉特性，以伺服电机驱动偏心轮为输入，采用六自由度并联机构协调并合成六个伺服电机的运动和扭矩，输出到动平台，再由动平台驱动多连杆机构，推动冲压滑块完成单自由度的直线运动。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：包括：机架、六组相同的偏心轮驱动装置、六自由度并联机构、多连杆机构和冲压滑块，其中：六组偏心轮驱动装置与六自由度并联机构连接，多连杆机构分别与六自由度并联机构和冲压滑块连接，机架套接于六组相同的偏心轮驱动装置、六自由度并联机构、多连杆机构和冲压滑块的外侧。
所述的偏心轮驱动装置包括：伺服电机和偏心轮，其中：伺服电机安装于机架上，偏心轮固定设置于伺服电机的输出转轴上。
所述的六自由度并联机构包括：六个连杆和一个动平台，其中：六个连杆的一端分别与六个偏心轮驱动装置相连，另一端均与动平台活动连接，动平台设置于机架内且位于偏心轮驱动装置的下方。
所述的多连杆机构为对称设置的两组三连杆组成，该三连杆的两端分别与偏心轮驱动装置和冲压滑块相连，且第一三连杆和第二三连杆的中部活动连接。
所述的两组三连杆均包括：三角连杆和直连杆，其中：两根直连杆的一端分别与三角连杆的第一和第二端活动连接，两根直连杆的另一端分别与六自由度并联机构的动平台和冲压滑块转动连接，三角连杆的第三端与动平台转动连接。
本发明的并联驱动机构将来自于六台伺服电机的运动和转矩传递、合成于冲压滑块上，输出更大的成形压力。同时由于六自由度并联机构具有六个输入而无运动干涉特性使得控制难度大大降低，提高了设备的安全性，并且可通过控制伺服电机的运动以实现不同的锻压工艺。
本发明结构简单、控制容易，制造成本低，能够很好解决现有伺服压力机由于伺服电机功率及输出扭矩较小的限制而无法构建大吨位的伺服压力机的问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明结构剖面示意图。
具体实施方式
下面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：机架1、第一伺服电机2、第一偏心轮3、第一连杆4、第二伺服电机5、第二偏心轮6、第二连杆7、第三伺服电机8、第三偏心轮9、第三连杆10、多连杆机构11、滑块导轨12、冲压滑块13、动平台14、第四连杆15、第四偏心轮16、第四伺服电机17、第五偏心轮18、第五连杆19、第五伺服电机20、第六偏心轮21、第六连杆22、第六伺服电机23。其中：第一伺服电机2和第一偏心轮3组成第一偏心轮驱动装置、第二伺服电机5和第二偏心轮6组成第二偏心轮驱动装置、第三伺服电机8和第三偏心轮9组成第三偏心轮驱动装置、第四伺服电机17和第四偏心轮16组成第四偏心轮驱动装置、第五伺服电机20和第五偏心轮18组成第五偏心轮驱动装置、第六伺服电机23和第六偏心轮21组成第六偏心轮驱动装置；第一连杆4的两端分别与第一偏心轮3和动平台14连接、第二连杆7的两端分别与第二偏心轮6和动平台14连接、第三连杆10的两端分别与第三偏心轮9和动平台14连接、第四连杆15的两端分别与第四偏心轮16和动平台14连接、第五连杆19的两端分别与第五偏心轮18和动平台14连接、第六连杆22的两端分别与第六偏心轮21和动平台14连接，构成六自由度并联机构；动平台14和多连杆机构11的上端连接，冲压滑块13和多连杆机构11的下端连接，机架1套接于上述六组偏心轮驱动装置、六自由度并联机构、多连杆机构11和冲压滑块13的外侧。
如图2所示，所述的多连杆机构11具有左右对称结构，
包括第七连杆24、第一直连杆25、第一三角连杆26、第二直连杆27、第三直连杆28、第二三角连杆29、第四直连杆30，其中：
其中：第一直连杆25的一端连接第一三角连杆26，另一端与机架1连接，第二直连杆27的一端连接第一三角连杆26，另一端与冲压滑块13连接，第一直连杆25、第一三角连杆26、第二直连杆27构成左侧机构；第四直连杆30的一端连接第二三角连杆29，另一端与机架1连接，第三直连杆28的一端连接第二三角连杆29，另一端与冲压滑块13连接，第三直连杆28、第二三角连杆29、第四直连杆30构成右侧机构。第一三角连杆26和第二三角连杆29同时与第七连杆24连接，第七连杆24和动平台14连接。
本实施例的工作原理如下：六台伺服电机按设定运动规律转动，各自驱动第一偏心轮3、第二偏心轮6、第三偏心轮9、第四偏心轮16、第五偏心轮18、第六偏心轮21，分别推动第一连杆4、第二连杆7、第三连杆10、第四连杆15、第五连杆19、第六连杆22运动，共同驱动动平台14运动，动平台14通过第七连杆24驱动多连杆机构11，从而实现冲压滑块13沿冲压滑块导轨12进行上下运动的锻造动作。由此，来自于六台伺服电机的运动和力传递合成于冲压滑块上，完成锻压工作。

Claims (5)

1.一种六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机，其特征在于，包括：机架、六组相同的偏心轮驱动装置、六自由度并联机构、多连杆机构和冲压滑块，其中：六组偏心轮驱动装置与六自由度并联机构连接，多连杆机构分别与六自由度并联机构和冲压滑块连接，机架套接于六组相同的偏心轮驱动装置、六自由度并联机构、多连杆机构和冲压滑块的外侧。
2.根据权利要求1所述的六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机，其特征是，所述的偏心轮驱动装置包括：伺服电机和偏心轮，其中：伺服电机安装于机架上，偏心轮固定设置于伺服电机的输出转轴上。
3.根据权利要求1所述的六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机，其特征是，所述的六自由度并联机构包括：六个连杆和一个动平台，其中：六个连杆的一端分别与六个偏心轮驱动装置相连，另一端均与动平台活动连接，动平台设置于机架内且位于偏心轮驱动装置的下方。
4.根据权利要求1所述的六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机，其特征是，所述的多连杆机构为对称设置的两组三连杆组成，该三连杆的两端分别与偏心轮驱动装置和冲压滑块相连，且第一三连杆和第二三连杆的中部活动连接。
5.根据权利要求4所述的六电机并联驱动机械多连杆伺服压力机，其特征是，所述的两组三连杆均包括：三角连杆和直连杆，其中：两根直连杆的一端分别与三角连杆的第一和第二端活动连接，两根直连杆的另一端分别与六自由度并联机构的动平台和冲压滑块转动连接，三角连杆的第三端与动平台转动连接。
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