CN102615844A - 伺服机械压力机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伺服机械压力机，包括机架，所述机架呈框形；其特征在于还包括同步的第一、第二伺服电机、第一、第二减速机构、六连杆式工作机构及导向结构；其中第一、二伺服电机左右对称的安装在机架的两侧，第一、二减速机构左右对称地安装在机架的两侧；六连杆式工作机构安装在机架的框架中；第一减速机构的输入端与第一伺服电机的输出轴同轴，第一减速机构的输出端与六连杆式工作机构的曲轴右侧输入端固定连接，第二减速机构的输入端与第二伺服电机的输出轴同轴，第二减速机构的输出端与六连杆式工作机构的曲轴左侧输入端固定连接；导向结构安装在机架的框架中，六连杆式工作机构的输出端滑块位于导向结构中并可上下移动。本发明结构简单，控制方便，可以大幅降低伺服电机的输出扭矩和所需容量，能够用于构建大吨位低成本的伺服机械压力机。

Description

伺服机械压力机

技术领域

 本发明涉及一种锻压机械技术领域的装置，具体为一种双伺服电机并联驱动的六连杆式伺服机械压力机。

背景技术

伺服机械压力机是一种采用伺服驱动技术的新型金属成形装备。由于依靠可控驱动元件—伺服电机—提供动力，伺服机械压力机不仅具有液压机的高运动柔性，而且具有机械压力机的高生产效率，此外还具有改善产品质量、节省能量消耗和降低工作噪声的优点，是锻压装备未来的重要发展方向。

大部分的普通机械压力机是由异步电机驱动的曲柄式压力机，一般在其传动轴中的高速轴上设计安装有储存并释放能量的大飞轮。冲压加工时，大飞轮减速释放能量用于克服冲压负载做功，加工完成后，异步电机拖动大飞轮加速以储存能量。因此，大飞轮的采用不仅可以抑制冲压加工时周期性尖峰负载对异步电机转速的波动影响，而且可以降低异步电机的容量和成本。然而，在伺服机械压力机中，为了使滑块运动在短暂的冲压周期内快速可调，需要减小折算到伺服电机输出轴端的机械惯量，往往去除了传统的大飞轮，因此，在冲压加工时，完全依靠伺服电机产生的瞬时扭矩克服冲压负载做功，从而往往需要功率达几十甚至上百千瓦的伺服电机，尤其在构建大吨位伺服机械压力机时，大容量的伺服电机所占制造成本过高，甚至根本无法获得。

为了降低伺服电机的输出扭矩和所需容量，构建大吨位低成本的伺服机械压力机，一般可从驱动元件、传动机构和工作机构等角度寻找解决方案。

一是采用比曲柄滑块机构更具有增力效果的多连杆机构作为工作机构，如中国专利号为ZL200720054117.3，名称为“伺服控制精密肘杆压力机”的专利，以及如中国专利号为201010572167.7，名称为“伺服压力机高增力比三角连杆-肘杆传动机构”的专利，两专利分别采用等长肘杆机构和三角肘杆机构作为工作机构。虽然肘杆机构具有较大的增力比，且在增力的同时不降低冲压频率，但是，由于只是采用单台伺服电机驱动，仍难以构建大吨位的伺服机械压力机。

二是采用多台伺服电机同步驱动，如中国专利号为201110143700.2，名称为“双伺服电机并联驱动多连杆压力机”的专利，以及中国专利号为201010132634.4，名称为“四电机并联驱动机械多连杆压力机”的专利，两专利分别采用两台和四台伺服电机同步驱动由多条滚珠丝杠和等长肘杆机构构成的组合机构，实现多台较低容量伺服电机并联同步驱动，以构建大吨位伺服机械压力机。但是，该方案存在伺服电机需要频繁换向，双滚珠丝杠在同步控制误差较大时容易憋死，以及等长肘杆机构增力行程较小的问题。

三是采用伺服电机与异步电机混合驱动，如中国专利号为201120015133.8，名称为“一种混合驱动可控拉深压力机七杆机构”的专利，以及中国专利号为201020665330.X，名称为“二自由度混合驱动机械式压力机”的专利，两专利都是采用一台大功率异步电机作为主电机，克服冲压负载做功，采用一台小功率伺服电机作为调节电机，调节滑块运动的速度，采用两自由度多连杆机构作为工作机构。该方案中伺服电机的功率较小，但是，存在不同类型的电机输出动力相互抵消，以及滑块在下行行程中只能变速，无法暂停甚至反向而无法适应一些伺服冲压工艺的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种伺服机械压力机，该装置结构简单，控制方便，可以大幅降低伺服电机的输出扭矩和所需容量，能够构建大吨位低成本的伺服机械压力机。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种伺服机械压力机，包括机架，所述机架呈框形；其特征在于还包括同步的第一伺服电机、第二伺服电机、第一减速机构、第二减速机构、六连杆式工作机构及导向结构；其中所述第一伺服电机及第二伺服电机左右对称的安装在机架的两侧，所述第一减速机构及第二减速机构左右对称地安装在机架的两侧；所述六连杆式工作机构安装在机架的框架中；第一减速机构的输入端与第一伺服电机的输出轴同轴，第一减速机构的输出端与六连杆式工作机构的曲轴右侧输入端固定连接，第二减速机构的输入端与第二伺服电机的输出轴同轴，第二减速机构的输出端与六连杆式工作机构的曲轴左侧输入端固定连接；所述导向结构安装在机架的框架中，六连杆式工作机构的输出端滑块位于导向结构中并可上下移动。

所述六连杆式工作机构包括两曲轴、三角形连杆、上肘杆及下肘杆及滑块，其中所述曲轴的一端与第一减速机构及第二减速机构的输出端固定连接，曲轴的另一端与三角形连杆的右侧角区域转动连接；所述上肘杆的一端通过转轴安装在机架的框架中，上肘杆相对转轴可转动，上肘杆的另一端与三角形连杆的左上角区域转动连接；所述下肘杆的一端与三角形连杆的左下角区域转动连接，下肘杆的另一端与滑块转动连接。

所述导向结构包括两固定块及两调整块，所述两固定块分别固定在机架的框架内的两侧，所述两调整块分别安装在两固定块的端面上，在调整块设有导向斜面，所述滑块位于两固定块及两导向斜面间并可上下移动。

所述第一减速机构与第二减速机构的结构相同，第一减速机构包括第一联轴器，第一联轴器的一端与第一伺服电机的输出轴固定连接，另一端与曲轴的右侧输入端固定连接；或第一减速机构也可包括第一小同步带轮、第一同步带和第一大同步带轮，所述第一小同步带轮安装在第一伺服电机的输出轴上，所述第一大同步带轮与曲轴的右侧输入端同轴，第一同步带设在第一小同步带轮及第一大同步带轮上；或第一减速机构也可包括第一小齿轮和第一大齿轮，所述第一小齿轮安装在第一伺服电机的输出轴上，所述第一大齿轮与曲轴的右侧输入端同轴，第一小齿轮与第一大齿轮啮合。

所述第一伺服电机及第二伺服电机的电机容量相同。

本发明与现有技术相比的优点为：采用经过优化设计的斯蒂芬森Ⅲ型的六连杆机构作为工作机构，不仅在公称压力行程内具有更高的增力比和更大的增力行程，在放大电机扭矩的同时不降低滑块的冲压频率，而且当伺服电机匀速转动时，滑块的运动特性符合绝大多数冲压加工工艺的滑块运动速度要求，可降低对伺服电机在冲压周期内需要频繁变速的要求，进而降低电机容量；采用双伺服电机并联驱动，可由低成本中等容量的伺服电机构建大吨位的伺服机械压力机，从而降低制造成本；采用的并联驱动机构结构简单，当同步控制误差较大时，快速电机因负载增大而减速，慢速电机因负载减小而加速，从而自动调整实现速度与位置同步，因此具有控制方便的优点。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例二的结构示意图；

图3是本发明实施例三的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。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与具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下下述的实施例。

实施例一

如图1所示，一种伺服机械压力机，包括机架1，所述机架1呈框形；本发明特点是还包括同步的第一伺服电机2、第二伺服电机8、第一减速机构、第二减速机构、六连杆式工作机构及导向结构；其中所述第一伺服电机2及第二伺服电机8左右对称地安装在机架1的两侧外，所述第一减速机构及第二减速机构左右对称地安装在机架1的两侧；所述六连杆式工作机构安装在机架1的框架中；第一减速机构的输入端与第一伺服电机2的输出轴同轴，第一减速机构的输出端与六连杆式工作机构的曲轴右侧输入端固定连接，第二减速机构的输入端与第二伺服电机8的输出轴同轴，第二减速机构的输出端与六连杆式工作机构的曲轴左侧输入端固定连接；所述导向结构安装在机架1的框架中，六连杆式工作机构的输出端滑块14位于导向结构中并可上下移动。第一伺服电机2及第二伺服电机8的电机容量相同。

在本实施例中，所述六连杆式工作机构包括两曲轴4、三角形连杆5、上肘杆10及下肘杆11，其中所述曲轴4的两端分别与第一减速机构及第二减速机构的输出端固定连接，曲轴4的曲柄即为六连杆式工作机构的输入端，与三角形连杆5的的右侧角区域转动连接；所述上肘杆10的一端通过转轴9安装在机架1的框架中，上肘杆10相对转轴9可转动，上肘杆10的另一端与三角形连杆5的的左上角区域转动连接；所述下肘杆11的一端与三角形连杆5的的左上角区域转动连接，下肘杆11的另一端与滑块14转动连接，滑块14即为六连杆式工作机构的输出端。

在本实施例中，所述导向结构包括两固定块12及两调整块13，所述两固定块12分别固定在机架1的框架内的两侧，所述两调整块13分别安装在两固定块12的端面上，在调整块13设有导向斜面131，所述滑块14位于两固定块12及两导向斜面131间并可上下移动。

在本实施例中，所述第一减速机构与第二减速机构的结构相同，第一减速机构包括第一联轴器3，第一联轴器3的一端与第一伺服电机2的输出轴固定连接，另一端与曲轴4的右侧输入端固定连接；第二减速机构包括第二联轴器7，第二联轴器7的一端与第二伺服电机8的输出轴固定连接，另一端与曲轴4的左侧输入端固定连接。

工作时，第一伺服电机2及第二伺服电机8按照规划的运动规律在运动控制器控制下同步转动，分别经第一联轴器3及第二联轴器7传动后，再分别与六连杆式工作机构的曲轴4两端连接，实现第一伺服电机2及第二伺服电机8同步输出的运动和动力在曲轴4上的合成，然后通过六连杆式工作机构将两曲轴4的转动变换为滑块14的直线往复运动。六连杆式工作机构经过优化设计后，在滑块14处于公称压力行程之内时，具有比普通等长肘杆机构更好的增力效果和更大的增力行程，可在放大第一伺服电机2及第二伺服电机8扭矩的同时不降低滑块14的冲压频率，而且当第一伺服电机2及第二伺服电机8匀速转动时，滑块14输出运动具有“快速下行，慢速锻冲，更快速返回”的运动特性。

实施例二

如图2所示，本实施例与实施例一基本相同，其区别在于：所述第一减速机构与第二减速机构的结构相同，第一减速机构包括第一小同步带轮15、第一同步带16和第一大同步带轮17，所述第一小同步带轮15安装在第一伺服电机2的输出轴上，所述第一大同步带轮17与曲轴4同轴，第一同步带16设在第一小同步带轮15及第一大同步带轮17上，第一小同步带轮15通过第一同步带16带动第一大同步带轮17；第二减速机构包括第二小同步带轮（图中未示出）、第二同步带19和第二大同步带轮18，所述第二小同步带轮安装在第二伺服电机8的输出轴上，所述第一大同步带轮17与曲轴4同轴，第二同步带19设在第二小同步带轮及第二大同步带轮18上，第二小同步带轮通过第二同步带19带动第二大同步带轮18。此外，第一伺服电机2及第二伺服电机8左右对称布置安装于机架1的两内侧。

实施例三

如图3所示，本实施例与实施例一基本相同，其区别在于：所述第一减速机构与第二减速机构的结构相同，第一减速机构包括第一小齿轮20和第一大齿轮21，所述第一小齿轮20安装在第一伺服电机2的输出轴上，所述第一大齿轮21与曲轴4同轴，第一小齿轮20与第一大齿轮21啮合；第二减速机构包括第二小齿轮（图中未示出）和第二大齿轮22，所述第二小齿轮安装在第二伺服电机8的输出轴上，所述第二大齿轮22与曲轴4同轴，第二小齿轮与第二大齿轮22啮合。此外，第一伺服电机2及第二伺服电机8左右对称布置安装于机架1的两内侧。

Claims (5)

1.一种伺服机械压力机，包括机架（1），所述机架（1）呈框形；其特征在于还包括同步的第一伺服电机（2）、第二伺服电机（8）、第一减速机构、第二减速机构、六连杆式工作机构及导向结构；其中所述第一伺服电机（2）及第二伺服电机（8）左右对称地安装在机架（1）的两侧，所述第一减速机构及第二减速机构左右对称的安装在机架（1）的两侧；所述六连杆式工作机构安装在机架（1）的框架中；第一减速机构的输入端与第一伺服电机（2）的输出轴同轴，第一减速机构的输出端与六连杆式工作机构的曲轴右侧输入端固定连接，第二减速机构的输入端与第二伺服电机（8）的输出轴同轴，第二减速机构的输出端与六连杆式工作机构的曲轴右侧输入端固定连接；所述导向结构安装在机架（1）的框架中，六连杆式工作机构的输出端滑块（14）位于导向结构中并可上下移动。

2.根据权利要求1所述的伺服机械压力机，其特征在于所述六连杆式工作机构包括两曲轴（4）、三角形连杆（5）、上肘杆（10）、下肘杆（11）及滑块（14），其中所述曲轴（4）的一端与第一减速机构及第二减速机构的输出端固定连接，曲轴（4）的另一端与三角形连杆（5）的右侧角区域转动连接；所述上肘杆（10）的一端通过转轴（9）安装在机架（1）的框架中，上肘杆（10）相对转轴（9）可转动，上肘杆（10）的另一端与三角形连杆（5）的左上角区域转动连接；所述下肘杆（11）的一端与三角形连杆（5）的左下角区域转动连接，下肘杆（11）的另一端与滑块（14）转动连接。

3.根据权利要求1所述的伺服机械压力机，其特征在于所述导向结构包括两固定块（12）及两调整块（13），所述两固定块（12）分别固定在机架（1）的框架内的两侧，所述两调整块（13）分别安装在两固定块（12）的端面上，在调整块（13）设有导向斜面（131），所述滑块（14）位于两固定块（12）及两导向斜面（131）间并可上下移动。

4.根据权利要求1所述的伺服机械压力机，其特征在于所述第一减速机构与第二减速机构的结构相同，第一减速机构包括第一联轴器（3），第一联轴器（3）的一端与第一伺服电机（2）的输出轴固定连接，另一端与曲轴（4）的右侧输入端固定连接；或第一减速机构也可包括第一小同步带轮（15）、第一同步带（16）和第一大同步带轮（17），所述第一小同步带轮（15）安装在第一伺服电机（2）的输出轴上，所述第一大同步带轮（17）与曲轴（4）的右侧输入端同轴，第一同步带（16）设在第一小同步带轮（15）及第一大同步带轮（17）上；或第一减速机构也可包括第一小齿轮（20）和第一大齿轮（21），所述第一小齿轮（20）安装在第一伺服电机（2）的输出轴上，所述第一大齿轮（21）与曲轴（4）的右侧输入端同轴，第一小齿轮（20）与第一大齿轮（21）啮合。

5.根据权利要求1所述的伺服机械压力机，其特征在于所述第一伺服电机（2）及第二伺服电机（8）的电机容量相同。

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