CN102328448A

CN102328448A - 三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机

Info

Publication number: CN102328448A
Application number: CN201110292981A
Authority: CN
Inventors: 高峰; 马春翔; 岳义; 黄迅; 郭为忠
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: CN102328448B

Abstract

本发明提供了一种三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机，其特征在于，包括机架、三电机及三自由度并联机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块，其中，三电机及三自由度并联机构的输出端与连接机构的输入端活动连接，连接机构的输出端与肘杆机构的输入端活动连接，冲压滑块为肘杆机构的输出端，机架套接于三电机及三自由度并联机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块的外侧。本发明结构简单，控制容易，制造成本低，能够很好地解决因现有伺服电机输出扭矩及功率较小而无法构建大吨位伺服压力机的问题。

Description

三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机

技术领域

本发明涉及的是一种锻压机械技术领域的装置，具体是一种三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机。

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。传统的机械压力机一般采用曲柄连杆、多连杆或者非圆齿轮机构等各种不同的机械传动机构以及合适的构件尺寸来获得工艺所需的滑块运动规律，但当机构类型和构件尺寸确定后，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。数控伺服压力机是由伺服电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，它能非常方便地改变滑块的运动规律，适用于不同的冲压工艺。由于伺服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。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号201020140987.4记载了一种“机械伺服压力机的主传动机构”，该实用新型的特征在于包括伺服电机、滚珠丝杠副以及对称多连杆结构；专利号为EP2052847A1的一项欧洲专利记载的一种伺服压力机也采用了一种对称多连杆机构。这些对称多连杆机构不仅具有力放大作用还能有效地防止偏载。但这种力放大作用的效果在一定程度上还不足以满足构建大吨位的压力机的要求。

考察现有的伺服压力机驱动机构可以发现，从机构学角度来看，上述压力机的传动机构都是单自由度的串联机构，如中国专利申请号201010253304.0、201020183488.3中公开的机械式数控压力机。但单自由度机构原则上只能允许一台伺服电机驱动，有的伺服压力机驱动机构采用两个伺服电机冗余驱动，如中国专利号200810177948.9中公开的“一种新型伺服驱动压力机”，但这两个伺服电机必须保证时时同步，以避免造成运动干涉。这样虽然也可以增加输入功率，增大压力机成形压力，却增加了控制策略的难度，使控制稳定性变差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种新型的三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机，以伺服电机驱动曲柄转动为输入，采用三自由度并联机构协调三个输入，并联机构驱动的三副杆的输出为竖直方向的直线运动，再驱动经改进的具有二级增力作用的肘杆机构，从而驱动冲压滑块的工作。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机，包括机架、三电机及三自由度并联机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块，其中，三电机及三自由度并联机构的输出端与连接机构的输入端活动连接，连接机构的输出端与肘杆机构的输入端活动连接，冲压滑块为肘杆机构的输出端，机架套接于三电机及三自由度并联机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块的外侧。

所述三电机及三自由度并联机构包括：第一伺服电机、第一曲柄、第一连杆、第二伺服电机、第二曲柄、第二连杆、正三角形板、第三伺服电机、第三曲柄和第三连杆，其中，第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机分别与第一曲柄、第二曲柄和第三曲柄的一端活动连接，第一连杆、第二连杆和第三连杆的一端分别与第一曲柄、第二曲柄和第三曲柄的另一端活动连接，第一连杆、第二连杆和第三连杆的另一端分别与正三角形板的三条边的中点位置活动连接。

所述第一曲柄和第一连杆构成的第一曲柄连杆机构、第二曲柄和第二连杆构成的第二曲柄连杆机构、及第三曲柄和第三连杆构成的第三曲柄连杆机构位于三个互成120度角均布的竖直面上。

所述连接机构包括：直连杆、直线滑道架和第一三副杆，其中，直连杆的一端与三电机及三自由度并联机构的正三角形板的下面中心位置活动连接，直连杆的另一端与第一三副杆的第一个角活动连接，并穿过直线滑道架的滑道，直线滑道架与机架固定连接。

所述肘杆机构包括：第四连杆、第二三副杆、第五连杆、第六连杆、第三三副杆和第七连杆，其中：第二三副杆的三个角分别与连接机构的第一三副杆的第二个角、第四连杆的一端和第五连杆的一端活动连接，第三三副杆的三个角分别与连接机构的第一三副杆的第三个角、第六连杆的一端和第七连杆的一端活动连接，第四连杆的另一端和第七连杆的另一端分别与机架活动连接，第五连杆的另一端和第六连杆的另一端分别与冲压滑块活动连接。

所述肘杆机构为左右对称的六杆机构，所述左右对称的六杆机构包括共同的输入端和输出端。

本发明采用的三自由度并联机构可以连接三套由伺服电机、曲柄和连杆组成的机构，形成了无过约束的三输入机构，可以在增大输入功率的同时降低控制难度。使用时均布的三个伺服电机需保证以相同的初始角、相同的速度来转动，使正三角形板上下运动，在直线滑道的约束下，驱动连接机构的直连杆和三副杆只能沿竖直方向运动，通过具有增力作用的肘杆机构，驱动冲压滑块，从而实现冲压滑块的锻压加工动作。

本发明采用肘杆机构，其具有大的增力比，采用对称布置可提高抗偏载能力，减小冲压滑块对导轨的载荷，可以长期维持压力机的精度，还可以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。本发明采用的肘杆机构中与驱动构件连接的连杆，是用三角形构架来取代原普通形式的连杆，这种放大的连杆使肘杆机构具有更大的增力比，从而使增力特性更明显。

本发明利用了曲柄机构本身具有的很强的增力特性、肘杆机构本身的增力特性和经过改进后所具有的更明显的增力特性，实现了力与功率的三级增力效果。因此，本发明的三自由度并联机构将来自于三台伺服电机的运动和转矩转化为单一输入，传递、放大、合成于冲压滑块上，使整个驱动系统输出更大的成形压力。由于三自由度并联机构所具有的运动容错功能使得控制难度相对降低，故可通过控制伺服电机的运动来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，能够很好地解决因现有伺服电机输出扭矩及功率较小而无法构建大吨位伺服压力机的问题。目前，国内外尚未见到类似于本发明的文献报道。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明三电机及三自由度并联机构示意图。

图3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、三电机及三自由度并联机构2、连接机构3、肘杆机构4和冲压滑块5。其中：三电机及三自由度并联机构2的输出端与连接机构3的输入端通过铰链连接，连接机构3的输出端与肘杆机构4的输入端通过铰链连接，冲压滑块5作为肘杆机构4的输出端。机架1套接于三电机及三自由度并联机构2、连接机构3、肘杆机构4和冲压滑块5的外侧。

如图2所示，所述的三电机及三自由度并联机构2包括：第一伺服电机6、第一曲柄7、第一连杆8、第二伺服电机9、第二曲柄10、第二连杆11、正三角形板12、第三伺服电机15、第三曲柄14和第三连杆13，其中：第一伺服电机6、第二伺服电机9、第三伺服电机15分别与第一曲柄7、第二曲柄10、第三曲柄14的一端通过铰链连接，第一连杆8、第二连杆11、第三连杆13的一端分别与第一曲柄7、第二曲柄10、第三曲柄14的另一端通过铰链连接，第一连杆8、第二连杆11、第三连杆13的另一端分别与正三角形板12的三条边的中点位置通过铰链连接。所述第一曲柄和第一连杆构成的第一曲柄连杆机构、第二曲柄和第二连杆构成的第二曲柄连杆机构、及第三曲柄和第三连杆构成的第三曲柄连杆机构位于三个互成120度角均布的竖直面上。

如图3所示，所述的连接机构3包括：直连杆16、直线滑道架17和第一三副杆18，其中：直连杆16的一端与上述正三角形板12的下面中心位置通过铰链连接，另一端与第一三副杆18的一个角通过铰链连接，并穿过直线滑道架17的滑道。直线滑道架17与机架1固接。

如图3所示，所述的肘杆机构4是指左右对称的六杆机构，其使用共同的输入端和输出端，包括：第四连杆19、第二三副杆20、第五连杆21、第六连杆22、第三三副杆23和第七连杆24，其中：第二三副杆20的三个角分别与第一三副杆18的一个角、第四连杆19和第五连杆21的各一端通过铰链连接，第三三副杆23的三个角分别与第一三副杆18的第三个角、第六连杆22和第七连杆24各自的另一端通过铰链连接，第四连杆19和第七连杆24各自的另一端分别与机架1通过铰链连接，第五连杆21和第六连杆22各自的另一端与冲压滑块5通过铰链连接。

本实施例的工作原理如下：三台伺服电机按相同的运动规律转动，驱动三根曲柄旋转，进而带动三根连杆转动，共同驱动正三角形板12运动，正三角形板12通过直连杆16和第一三副杆18驱动肘杆机构4运动，从而实现冲压滑块5沿冲压导轨进行锻压动作。由此，来自于三个伺服电机的运动和力通过中间机构的三级增力作用合成于冲压滑块上，完成锻压工作。

Claims

1.一种三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机，其特征在于，包括机架、三电机及三自由度并联机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块，其中，三电机及三自由度并联机构的输出端与连接机构的输入端活动连接，连接机构的输出端与肘杆机构的输入端活动连接，冲压滑块为肘杆机构的输出端，机架套接于三电机及三自由度并联机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块的外侧。

2.根据权利要求1所述的三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机，其特征在于，所述三电机及三自由度并联机构包括：第一伺服电机、第一曲柄、第一连杆、第二伺服电机、第二曲柄、第二连杆、正三角形板、第三伺服电机、第三曲柄和第三连杆，其中，第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机分别与第一曲柄、第二曲柄、第三曲柄的一端活动连接，第一连杆、第二连杆和第三连杆的一端分别与第一曲柄、第二曲柄和第三曲柄的另一端活动连接，第一连杆、第二连杆和第三连杆的另一端分别与正三角形板的三条边的中点位置活动连接。

3.根据权利要求2所述的三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机，其特征在于，所述第一曲柄和第一连杆构成的第一曲柄连杆机构、第二曲柄和第二连杆构成的第二曲柄连杆机构、及第三曲柄和第三连杆构成的第三曲柄连杆机构位于三个互成120度角均布的竖直面上。

4.根据权利要求1所述的三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机，其特征在于，所述连接机构包括：直连杆、直线滑道架和第一三副杆，其中，直连杆的一端与三电机及三自由度并联机构的正三角形板的下面中心位置活动连接，直连杆的另一端与第一三副杆的第一个角活动连接，并穿过直线滑道架的滑道，直线滑道架与机架固定连接。

5.根据权利要求1所述的三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机，其特征在于，所述肘杆机构包括：第四连杆、第二三副杆、第五连杆、第六连杆、第三三副杆和第七连杆，其中：第二三副杆的三个角分别与连接机构的第一三副杆的第二个角、第四连杆的一端和第五连杆的一端活动连接，第三三副杆的三个角分别与连接机构的第一三副杆的第三个角、第六连杆的一端和第七连杆的一端活动连接，第四连杆的另一端和第七连杆的另一端分别与机架活动连接，第五连杆的另一端和第六连杆的另一端分别与冲压滑块活动连接。

6.根据权利要求4所述的三伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机，其特征在于，所述肘杆机构为左右对称的六杆机构，所述左右对称的六杆机构包括共同的输入端和输出端。