CN102228950A

CN102228950A - 双伺服电机并联驱动多连杆压力机

Info

Publication number: CN102228950A
Application number: CN2011101437002A
Authority: CN
Inventors: 高峰; 白勇军; 岳义; 郭为忠; 陈杰
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: CN102228950B

Abstract

一种锻压机械技术领域的双伺服电机并联驱动多连杆压力机，包括：机架和并联机构，其中：机架设置于并联机构的外侧。本发明结构简单、控制容易，能够提供比现有伺服电机更大的功率及输出扭矩，能够构建大吨位的伺服压力机。

Description

双伺服电机并联驱动多连杆压力机

技术领域

本发明涉及的是一种锻压机械技术领域的装置，具体是一种双伺服电机并联驱动多连杆压力机。

背景技术

压力机是金属成形加工领域中广泛使用的锻压设备，品种和数量繁多，其中以机械压力机应用最为广泛。现代制造技术的发展要求压力机不仅能够高速度、高精度、大负载运转，而且应具有更大的柔性，能迅速、方便地改变输出运动规律。传统的机械压力机运动特性单一、工艺适用性差。近年来随着交流伺服电机驱动成形装备技术的逐步发展，出现了滑块运动曲线可调的各种交流伺服驱动压力机，使得压力机的工作性能和工艺适用性大大提高，设备朝着柔性化、智能化的方向发展。

普通机械压力机一般采用各种不同的机械传动机构获得工艺所需的滑块运动规律，以满足不同的工艺要求。传统的机械压力机通过选择适当的执行机构及其构件的尺寸，得到一些满足冲压工艺要求的典型运动规律，但一种结构方案无法满足多种典型运动规律的要求。虽然采用偏置曲柄滑块机构、多连杆机构和非圆齿轮机构等能够部分改变某种驱动机构的滑块运动规律，但当各杆件的尺寸参数确定后，滑块的运动特性也随之确定，因而不具有柔性，难以用于不同的冲压工艺。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 and R.Shivpuri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，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，为达到所需的公称压力值，往往通过多连杆机构等传动机构能够实现一定的增力作用。

经过对现有技术文献的检索发现，美国专利公开号US 2006/0156933A1，名称为：servopress with elbow lever drive(一种由肘杆驱动的伺服压力机)，该发明是一种伺服电动机驱动肘杆机构实现增力效果的伺服压力机。

中国专利号ZL200820030517.5，名称为“肘杆式压力机”的专利，以及中国专利号ZL200720042169.9，名称为“肘杆式高速精密压力机”的专利，两项专利均将肘杆机构应用于压力机中，虽然肘杆机构具有大的增力比，但难以构建大吨位的压力机。

美国专利号US5,832,816，名称为：Ram driving device and press machine using same(一种用于压力机的冲压滑块驱动装置)，该发明提出用两个伺服电机同步驱动一个水平放置的转动轴，该发明利用连杆机构、滚珠丝杆机构或凸轮机构等传动机构将转动轴的水平运动转化成冲压滑块的垂直运动。

现有的伺服压力机驱动机构从机构学的角度来看，压力机的传动机构都为单自由度的机构，伺服电机以旋转曲柄或移动滚珠丝杠方式直接或通过多连杆机构驱动冲压滑块。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。当采用两个伺服电机冗余驱动，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。这样虽然能够增加输入功率，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，提供一种双伺服电机并联驱动多连杆压力机，该装置结构简单、控制容易，能够提供比现有伺服电机更大的功率及输出扭矩，能够构建大吨位的伺服压力机。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：机架和并联机构，其中：机架设置于并联机构的外侧。

所述的并联机构包括：两支输入运动支链、动平台、输出运动支链和冲压滑块，其中：两支输入运动支链镜像对称布置且分别与动平台铰接，输出运动支链分别与机架、动平台和冲压滑块铰接，且所有铰链的轴线均互相平行。

所述的输入运动支链为曲柄输入支链或丝杠输入支链，当输入运动支链为曲柄输入支链时，输入运动支链与机架固定连接；当输入运动支链为丝杠输入支链时，输入运动支链与机架活动连接。

所述的曲柄输入支链包括：伺服电机、曲柄和输入连杆，其中：伺服电机与曲柄连接，伺服电机与机架固定连接，输入连杆分别与曲柄和动平台铰接。

所述的丝杠输入支链包括：伺服电机、丝杆、输入滑块和输入连杆，其中：伺服电机与丝杆连接，输入滑块与丝杠活动连接且沿机架的内侧棱条上下移动，输入连杆分别与输入滑块和动平台连接。

所述的输出运动支链由两套镜像对称布置的肘杆机构组成。

所述的肘杆机构包括：四个连杆、横连杆、两个输出连杆，其中：第一连杆、第二连杆的一端与机架铰接，第三连杆、第四连杆的一端与动平台铰接，第一输出连杆、第二输出连杆的一端与冲压滑块铰接，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一输出连杆和第二输出连杆的另一端与横连杆铰接。以上所有铰链的轴线均互相平行。

所述的机架上设有滑块导轨。

本发明的两支输入运动支链同时工作，其中的伺服电机按设定运动规律转动，通过曲柄或丝杠推动连杆驱动动平台运动，动平台驱动对称肘杆机构，从而实现冲压滑块沿滑块导轨进行上下运动的锻造动作。由此，来自于两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。

所述的肘杆机构在冲压滑块接近下极限位置具有大的增力比，能够增大压力机的输出压力。采用对称布置可提高抗偏载能力，减少冲压滑块对导轨的载荷，能够长期维持压力机的精度。同时，对称肘杆机构能够抵消公共输入端和输出端所受的水平侧向力，减少导轨的磨损和机架的变形。

所述的并联机构为两自由度，该机构将来自于两台伺服电机的运动和转矩转化为单一输出，传递、合成于冲压滑块上，使整个驱动系统输出更大的成形压力。由于具有机械协调功能，当两个伺服电机有输入误差时不会发生运动干涉，使得控制难度相对降低，并且能够通过控制伺服电机的运动实现不同的锻压工艺。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例2的结构示意图。

具体实施方式

以下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。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：机架1和并联机构16，其中：机架1设置于并联机构16的外侧。

所述的并联机构16包括：两支输入运动支链19、动平台6、输出运动支链17和冲压滑块14，其中：两支输入运动支链19镜像对称布置且分别与动平台6铰接，输出运动支链17分别与机架1、动平台6和冲压滑块14铰接，且所有铰链的轴线均互相平行。

所述的输入运动支链19为丝杠输入支链，丝杠输入支链与机架1活动连接。

所述的丝杠输入支链包括：伺服电机2、丝杆3、输入滑块4和输入连杆5，其中：伺服电机2与丝杆3连接，输入滑块4与丝杠3活动连接且沿机架1的内侧棱条上下移动，输入连杆5分别与输入滑块4和动平台6连接。

所述的输出运动支链17由两套镜像对称布置的肘杆机构18组成。

所述的肘杆机构18包括：第一连杆7、第二连杆8、第三连杆9、第四连杆10、横连杆11、第一输出连杆12和第二输出连杆13，其中：第一连杆7、第二连杆8的一端与机架1铰接，第三连杆9、第四连杆10的一端与动平台6铰接，第一输出连杆12、第二输出连杆13的一端与冲压滑块14铰接，第一连杆7、第二连杆8、第三连杆9、第四连杆10、第一输出连杆12和第二输出连杆13的另一端与横连杆11铰接。以上所有铰链的轴线均互相平行。

所述的机架1上设有滑块导轨15。

实施例2

如图2所示，本实施例所述的输入运动支链19为曲柄输入支链，曲柄输入支链与机架1固定连接。

所述的曲柄输入支链包括：伺服电机2、曲柄20和输入连杆5，其中：伺服电机2与曲柄20连接，伺服电机2与机架1固定连接，输入连杆5分别与曲柄20和动平台6铰接。

本装置利用多自由度并联机构16的多输入特性，采用两自由度并联机构16合成两个伺服电机2输入的功率以得到大功率伺服压力机。该压力机以两个伺服电机2驱动丝杠或者曲柄20为输入，通过两支丝杠或曲柄20输入支链共同驱动一个动平台6，该动平台6通过输出运动支链17推动冲压滑块14上下运动以完成冲压动作，其中输出运动支链17的对称肘杆机构18具有增力作用。本装置结构简单、控制容易，制造成本低，能够很好解决现有伺服电机2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。

Claims

1.一种双伺服电机并联驱动多连杆压力机，机架和并联机构，其中：机架设置于并联机构的外侧；其特征在于，所述的并联机构包括：两支输入运动支链、动平台、输出运动支链和冲压滑块，其中：两支输入运动支链镜像对称布置且分别与动平台铰接，输出运动支链分别与机架、动平台和冲压滑块铰接，且所有铰链的轴线均互相平行；

2.根据权利要求1所述的双伺服电机并联驱动多连杆压力机，其特征是，所述的曲柄输入支链包括：伺服电机、曲柄和输入连杆，其中：伺服电机与曲柄连接，伺服电机与机架固定连接，输入连杆分别与曲柄和动平台铰接。

3.根据权利要求1所述的双伺服电机并联驱动多连杆压力机，其特征是，所述的丝杠输入支链包括：伺服电机、丝杆、输入滑块和输入连杆，其中：伺服电机与丝杆连接，输入滑块与丝杠活动连接且沿机架的内侧棱条上下移动，输入连杆分别与输入滑块和动平台连接。

4.根据权利要求1所述的双伺服电机并联驱动多连杆压力机，其特征是，所述的输出运动支链由两套镜像对称布置的肘杆机构组成，该肘杆机构包括：四个连杆、横连杆、两个输出连杆，其中：第一连杆、第二连杆的一端与机架铰接，第三连杆、第四连杆的一端与动平台铰接，第一输出连杆、第二输出连杆的一端与冲压滑块铰接，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一输出连杆和第二输出连杆的另一端与横连杆铰接。

5.根据权利要求1所述的双伺服电机并联驱动多连杆压力机，其特征是，所述的机架上设有滑块导轨。