CN102514217B - 十二伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种十二伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机，包括机架、驱动机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块。其中，驱动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，机架套接于驱动机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块的外侧。本发明结构简明，控制精确，增力效果突出，能够很好地解决因现今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

十二伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机

技术领域

本发明涉及一种锻压机械技术领域的装置，具体是一种十二伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机。

背景技术

机械压力机广泛应用于金属成形加工领域，传统的机械压力机一般采用曲柄连杆、曲轴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，其运动特性单一、工艺适用性差。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并极其精确地控制滑块的运动规律，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冲压时需要的成形压力，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。

经过对现有技术的检索发现，申请号为201020140987.4的中国专利记载了一种“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，如申请号为201010253304.0、201020183488.3的中国专利中公开的机械式数控压力机。受现今伺服电机的功率与输出扭矩的限制，单电机驱动方式难以构建大吨位的压力机。现在的伺服电机已经完全能够实现对驱动的精确控制，这为由多个伺服电机并联驱动的机械压力机的应用奠定了基础。

目前现有技术中存在着因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。

发明内容

本发明考察了现今相关技术的发展状况，对Stewart机构进行了演变，提出了一种新型的十二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，采用六自由度并联机构协调并合成各个输入，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，来驱动冲压滑块工作。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种十二伺服电机输入并联驱动多连杆机械压力机，包括机架、驱动机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块。其中，驱动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，机架套接于驱动机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块的外侧。

优选地，所述驱动机构包括：第一电机曲柄连杆机构、第二电机曲柄连杆机构、第三电机曲柄连杆机构、第四电机曲柄连杆机构、第五电机曲柄连杆机构、第六电机曲柄连杆机构和正六边形动平台。其中，第一电机曲柄连杆机构、第二电机曲柄连杆机构、第三电机曲柄连杆机构、第四电机曲柄连杆机构、第五电机曲柄连杆机构、第六电机曲柄连杆机构的一端由电机处固定于机架，第一电机曲柄连杆机构、第二电机曲柄连杆机构、第三电机曲柄连杆机构、第四电机曲柄连杆机构、第五电机曲柄连杆机构、第六电机曲柄连杆机构的另一端分别与正六边形动平台的上平面的六条边的中点位置处活动连接。这六套电机曲柄连杆机构分别位于六个互成60度角均布的竖直面上。

优选地，所述电机曲柄连杆机构包括两个伺服电机，两根曲柄和一根连杆。其中两根曲柄的一端分别与两个伺服电机活动连接，两根曲柄的另一端共同与连杆的一端活动连接，连杆的另一端与正六边形动平台活动连接。

优选地，所述连接机构包括：直连杆、直线滑道架和第一三副杆。其中，直连杆的一端与驱动机构的正六边形动平台的下平面中心位置处活动连接，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。

优选地，所述肘杆机构包括：第一连杆、第二三副杆、第二连杆、第三连杆、第三三副杆和第四连杆。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、第一连杆的一端和第二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、第三连杆的一端和第四连杆的一端活动连接，第一连杆的另一端和第四连杆的另一端分别与机架活动连接，第二连杆的另一端和第三连杆的另一端分别与冲压滑块活动连接。

优选地，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。

本发明采用的驱动机构中的正六边形动平台可以连接六套主要由伺服电机、曲柄和连杆组成的机构，形成了十二伺服电机输入机构，由于伺服电机的精确控制特性，这在增大输入功率的同时也并未提高控制难度。在使用时，十二个伺服电机须保证以相同的运动规律来转动，使正六边形动平台上下运动，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。本发明前后布置两套完全相同的左右对称的六杆机构，提高了抗前后偏载能力，增强了工作稳定性。本发明采用的肘杆机构中与连接机构相连的连杆，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，从而使增力特性更加明显。

本发明利用了曲柄机构本身具有的增力特性、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，本发明的驱动机构将来自于十二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，使整个机械系统输出更大的成形压力。通过改变伺服电机的工作特性，还可以实现不同的锻压工艺。

本发明结构简明，控制精确，增力效果突出，能够很好地解决因现今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

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明驱动机构示意图。

图3为本发明电机曲柄连杆机构示意图。

图4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，根据本发明提供的压力机包括：机架1、驱动机构2、连接机构3、肘杆机构4和冲压滑块5。其中：驱动机构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为肘杆机构4的输出端。机架1套接于驱动机构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，所述的驱动机构2包括：第一电机曲柄连杆机构6、第二电机曲柄连杆机构7、第三电机曲柄连杆机构8、第四电机曲柄连杆机构9、第五电机曲柄连杆机构10、第六电机曲柄连杆机构11和正六边形动平台12。其中：第一电机曲柄连杆机构6、、第二电机曲柄连杆机构7、第三电机曲柄连杆机构8、第四电机曲柄连杆机构9、第五电机曲柄连杆机构10、以及第六电机曲柄连杆机构11的一端均由电机处与机架1固接，第一电机曲柄连杆机构6、第二电机曲柄连杆机构7、第三电机曲柄连杆机构8、第四电机曲柄连杆机构9、第五电机曲柄连杆机构10、以及第六电机曲柄连杆机构11的另一端分别与正六边形动平台12的上平面的六条边的中点位置处通过铰链连接。这六套电机曲柄连杆机构分别位于六个互成60度角均布的竖直面上。

如图3所示，所述的第一电机曲柄连杆机构6、第二电机曲柄连杆机构7、第三电机曲柄连杆机构8、第四电机曲柄连杆机构9、第五电机曲柄连杆机构10、以及第六电机曲柄连杆机构11均包括：第一伺服电机13、第二伺服电机14、第一曲柄15、第二曲柄16和连杆17。其中：第一曲柄15和第二曲柄16的一端分别与第一伺服电机13和第二伺服电机14通过铰链连接，第一曲柄15和第二曲柄16的另一端共同与连杆17的一端通过铰链连接，连杆17的另一端与正六边形动平台12通过铰链连接。

如图4所示，所述的连接机构3包括：直连杆18、直线滑道架19和第一三副杆20。其中：直连杆18的一端与上述正六边形动平台12的下平面中心位置处通过铰链连接，直连杆18的另一端与第一三副杆20的第一个角通过铰链连接，并穿过直线滑道架19的滑道。直线滑道架19与机架1固定连接。

如图4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：第一连杆21、第二三副杆22、第二连杆23、第三连杆24、第三三副杆25和第四连杆26。其中：第二三副杆22的三个角分别与第一三副杆20的第二个角、第一连杆21和第二连杆23的各一端通过铰链连接，第三三副杆25的三个角分别与第一三副杆20的第三个角、第三连杆24和第四连杆26各自的另一端通过铰链连接，第一连杆21和第四连杆26各自的另一端分别与机架1通过铰链连接，第二连杆23和第三连杆24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：十二台伺服电机按相同的运动规律转动，六套电机曲柄连杆机构6、7、8、9、10、11共同驱动正六边形动平台12运动，正六边形动平台12通过直连杆18和第一三副杆20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，来自于十二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)

1.一种十二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、驱动机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块，其中，驱动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，机架套接于驱动机构、连接机构、肘杆机构和冲压滑块的外侧； 

所述驱动机构包括：第一电机曲柄连杆机构、第二电机曲柄连杆机构、第三电机曲柄连杆机构、第四电机曲柄连杆机构、第五电机曲柄连杆机构、第六电机曲柄连杆机构和正六边形动平台，其中，第一电机曲柄连杆机构、第二电机曲柄连杆机构、第三电机曲柄连杆机构、第四电机曲柄连杆机构、第五电机曲柄连杆机构、第六电机曲柄连杆机构的一端均由电机处固定于机架，第一电机曲柄连杆机构、第二电机曲柄连杆机构、第三电机曲柄连杆机构、第四电机曲柄连杆机构、第五电机曲柄连杆机构、第六电机曲柄连杆机构的另一端分别与正六边形动平台的上平面的六条边的中点位置处活动连接，第一电机曲柄连杆机构、第二电机曲柄连杆机构、第三电机曲柄连杆机构、第四电机曲柄连杆机构、第五电机曲柄连杆机构、第六电机曲柄连杆机构分别位于六个互成60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，直连杆的一端与驱动机构的正六边形动平台的下平面中心位置处活动连接，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； 

所述第一电机曲柄连杆机构、第二电机曲柄连杆机构、第三电机曲柄连杆机构、第四电机曲柄连杆机构、第五电机曲柄连杆机构、以及第六电机曲柄连杆机构均包括两个伺服电机、两根曲柄和一根连杆，其中，两根曲柄的一端分别与两个伺服电机活动连接，两根曲柄的另一端共同与连杆的一端活动连接，连杆的另一端与正六边形动平台活动连接； 

所述肘杆机构包括：第一连杆、第二三副杆、第二连杆、第三连杆、第三三副杆和第四连杆，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、第一连杆的一端和第二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、第三连杆的一端和第四连杆的一端活动连接，第一连杆的另一端和第四连杆的另一端分别与机架活动连接，第二连杆的另一端和第三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； 

十二伺服电机按相同的运动规律转动，第一电机曲柄连杆机构、第二电机曲柄连杆机构、第三电机曲柄连杆机构、第四电机曲柄连杆机构、第五电机曲柄连杆机构、第六电机曲柄连杆机构共同驱动正六边形动平台运动，正六边形动平台通过直连杆和第一三副杆驱动肘杆机构运动，从而实现冲压滑块沿冲压导轨进行锻压动作。