CN102632637A

CN102632637A - 一种伺服电机驱动的压力机

Info

Publication number: CN102632637A
Application number: CN2012101046728A
Authority: CN
Inventors: 张志刚; 江秀花; 卢建生; 张世顺; 刘伟; 陈金勇
Original assignee: Jier Machine Tool Group Co Ltd
Current assignee: Jier Machine Tool Group Co Ltd
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明公开了一种伺服电机驱动的压力机，包括横梁体和底座，横梁体和底座之间连接有立柱，底座上设置有工作台和下模，滑块连接有驱动其上下往复运动的传动机构，传动机构包括设置在横梁体顶部的伺服电机、零齿隙弹性联轴器和减速机以及设置在横梁体内的齿轮机构、偏心齿轮和偏心连杆机构，伺服电机通过零齿隙弹性联轴器连接减速机，减速机的输出齿轮与齿轮机构相啮合，齿轮机构连接偏心齿轮，偏心齿轮连接偏心连杆机构，偏心连杆机构通过滑块连接器连接滑块，减速机上设置有机械制动器。本发明的有益效果是：减小了能量的消耗及维护成本。可以任意调节、精确控制冲压运动和成形力，实现任意的滑块运动特性曲线，满负荷下死点保压。

Description

一种伺服电机驱动的压力机

技术领域

本发明涉及一种伺服电机驱动的压力机。

背景技术

40多年来传统的机械压力机只是在多连杆技术上得以改进，来改善压力机的运动特性曲线，随着压力机连杆机构的确定，就得到了唯一的运动轨迹，也就确定了压力机的成型特性。压力机唯一的成型特性决定了很难进行高强度钢板、复合成型材料、铝合金、难成形材料的成形加工。传统的机械压力机通过飞轮储存能量，在压力机进行工作时提供冲压能量，由于飞轮及运动机构的运动惯量大，无法进行运动的控制，电机及飞轮只能做匀速运动。不能改变运动机构在冲压过程的速度。传统的机械压力机必须设置相应扭矩的离合器、制动器，离合器及制动器在工作过程中消耗大量的能量，且维护成本较高。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种伺服电机驱动的压力机，

它直接提供冲压能量，在冲压过程中可以任意调节、精确控制冲压运动和成形力，实现任意的滑块运动特性曲线，满负荷下死点保压。

本发明是通过以下措施实现的：

本发明的一种伺服电机驱动的压力机，包括横梁体和底座，横梁体和底座之

间连接有立柱，所述底座上设置有工作台和下模，所述横梁体下方设置有滑块和上模，所述横梁体顶部设置有伺服电机，伺服电机通过零齿隙弹性联轴器连接有减速机，减速机连接有减速机输出齿轮，横梁体内设置有中间齿轮轴和偏心齿轮轴，中间齿轮轴上连接有中间大齿轮和中间小齿轮，偏心齿轮轴上连接有偏心齿轮，减速机输出齿轮与中间大齿轮相啮合，中间小齿轮与偏心齿轮相啮合，偏心齿轮连接有偏心连杆机构，偏心连杆机构下端通过滑块连接器连接滑块。

上述减速机设置至少两个，每个减速机均连接有减速机输出齿轮，横梁体内

设置与减速机相同数量的中间齿轮轴和偏心齿轮轴，中间齿轮轴上连接有中间大齿轮和中间小齿轮，偏心齿轮轴上连接有偏心齿轮，每个减速机输出齿轮与对应一个中间大齿轮相啮合，每个中间小齿轮与对应一个偏心齿轮相啮合，相邻的两个中间大齿轮相啮合，每个偏心齿轮均连接有偏心连杆机构，偏心连杆机构下端均通过滑块连接器连接滑块。

上述伺服电机连接有伺服驱动器、伺服控制器和反馈装置，所述反馈装置包括伺服电机编码器、曲柄旋转编码器或滑块位置编码器，反馈装置反馈信号连接到伺服控制器。

上述还包括与电网连接的整流回馈单元，整流回馈单元用于将交流电源转换成直流母线的直流电源，为伺服驱动器提供电能，当直流母线电压升高时，向电网回馈电能，当直流母线电压降低时，向电网取电。

上述伺服电机与伺服驱动器之间设置有动态制动单元，动态制动单元用于在伺服驱动器回路断掉时释放伺服电机的能量；伺服驱动器与整流回馈单元之间直流母线上设置有制动单元，制动单元用于停机时及时释放能量及直流母线、储能装置的放电。

上述伺服驱动器与整流回馈单元之间直流母线上设置储能装置，用于伺服电机减速时储存电能和工作时释放能量。

[0011] 本发明的有益效果是：

1.伺服压力机的伺服电机与传动机构直接连接，传动机构的运动惯量较小，伺服电机可精确控制，伺服电机可控制压力机一个循环过程中频繁的加减速，从而可以任意地调节滑块的运动速度，实现减速拉延加工，或者保持恒定的冲压运动速度拉延加工，或者满负荷下死点保压，同时减少对模具的冲击，有效降低噪声。2.本发明的伺服压力机，配置几台高精度减速机，其中一台减速机上连接几台伺服电机，加大伺服压力机的成形能力。3.没有离合器、制动器及没有飞轮，减小了能量的消耗及维护成本。4.伺服系统设置储能装置，减小电网的供电量。

附图说明

图1 为本发明的主视结构示意图。

图2为图1的左视结构示意图。

图3为图1的俯视结构示意图。

图4 为本发明传动机构主视结构示意图。

图5 为图4的左视结构示意图。

图6 本发明的伺服驱动系统连接示意图。

图7 本发明的伺服系统控制框图。

图中：101.横梁体，102.立柱，103.导轨，104.滑块，104a.连接器，105.上模，

106.下模，107.工作台，108.底座，201.零齿隙联轴器，210.伺服电机，210a伺

服电机旋转编码器，211.伺服驱动器，212.伺服控制器，213a、213b.偏心轴旋转

编码器， 214.整流回馈单元， 215.动态制动单元，216.制动单元，217. 电能存

储单元， 218.UPS系统，230.减速机，231.减速机输出齿轮，240.齿轮机构， 241a、

241b.中间大齿轮，241c、241d.中间小齿轮，242.偏心齿轮，250.偏心连杆机构，

251.偏心连杆，252.导柱，260.制动器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，下述说明仅是示意性的，以便于本领域人员更好理解本发明。

图1至3所示的本发明的一个实施形态的伺服电机直接驱动的大型伺服压力机的整体图，如图所示，伺服压力机框架包括横梁体101、立柱102、滑块104、工作台107及底座108。

根据伺服压力机的加压能力，确定采用的减速机和驱动减速机的伺服电机的数量。可设置一个或多个减速机230，减速机230上设置一个或多个伺服电机210，伺服电机为AC伺服电机。减速机上还设置一个或多个制动器260，进行伺服压力机停止时的制动。

本发明示意的是大型伺服压力机设置两套大扭矩的高精度减速机230，每套减速机230匹配2套伺服电机210，伺服电机210为高速AC伺服电机，并设有旋转编码器210a，有较强的过载能力。伺服电机210通过零齿隙弹性联轴器201与减速机210连接，确保无径向扭转误差。减速机230安装在横梁体上，由键定位，保证齿轮啮合的精度，通过齿轮输出传递电机的驱动扭矩。伺服电机安装在横梁体101顶部盖板上。横梁体盖板由键定位，确保伺服电机轴与减速机轴同心。每套减速机上设置2套机械制动器，用于伺服压力机停机时抱刹。

滑块上装载上模105，沿立柱102上的导轨103上下直线运行，控制滑块与导轨103之间的间隙，确保滑块运行的精度。工作台上装载下模106，滑块及上模向下运动时上下模合模，成型工件。

图4、5表示的本发明的一个实施形态的伺服电机直接驱动的大型伺服压力机

的主传动图。齿轮机构240安装在横梁体内，减速机输出齿轮与中间大齿轮241a、241b啮合，将动力传递到偏心齿轮242。两套中间大齿轮241a、241b互相啮合，硬性连接，使偏心机构运行同步。中间大齿轮241a、241b安装在中间齿轮轴上，中间齿轮轴安装在横梁体内。中间齿轮轴上的中间小齿轮241c、241d与偏心齿轮242啮合。横梁体内设置了四套偏心齿轮242及偏心连杆机构250，偏心连杆251通过导柱252与滑块连接器104a连接，滑块内设置4套连接器。偏心齿轮242安装在偏心齿轮轴上，偏心齿轮轴安装在横梁体上。偏心齿轮242的旋转运动通过偏心四连杆机构250转换成滑块104的上下往复直线运动。

图6表示的本发明的一个实施形态的伺服电机直接驱动的大型伺服压力机的单线结构图。伺服驱动系统由供电电源、整流回馈单元214及伺服驱动器211为伺服电机210提供电力，伺服电机210为压力机的冲压运动提供动力，实现任意冲压力和运动速度。

伺服驱动器211标准化，根据伺服电机210的输出扭矩进行组合。整流回馈单元214标准化，根据伺服驱动器211的功率进行组合。整流回馈单元214与电网连接，将交流电源转换成直流母线，直流母线并联着一个储能装置217，为伺服驱动器211提供电。当伺服电机处于工作耗能状态时，母线电压降低，整流回馈单元214向电网取电，同时储能装置217释放电量。当伺服电机处于发电状态时，母线电压升高时，整流回馈单元214向电网回馈电能，向储能装置充电。储能装置可以由多组电容组成或由飞轮、电机组成。

伺服驱动器211与整流回馈单元214之间直流母线上设置的制动单元216。用于停机时及时释放电量，母线的高电压或再生制动以及储能装置的放电。通常工作状态，当伺服电机制动时，电能通过整流回馈单元214回馈电网。一旦系统发生掉电，电能无法回馈电网，此时，UPS218将为伺服驱动器211控制电路和制动单元216供电，用于控制伺服电机210停止，系统电能将由制动单元216释放。

伺服电机210与伺服驱动器211之间设置动态制动单元215，在伺服驱动器211失灵时，控制器212将断开伺服驱动器211与伺服电机210之间的接触器，闭合动态制动单元215接触器，从而切断伺服电机电源，动态制动单元215由释放伺服电机210的能量，进行伺服电机的制动。

伺服控制系统设置了UPS系统218，突然停电时，UPS系统 218为整流回馈单元214、伺服驱动器211、伺服控制器212以及24VCD逻辑控制回路提供电源。

图7表示的本发明的一个实施形态的伺服电机直接驱动的大型伺服压力机的控制图。伺服控制系统由伺服电机210、伺服驱动器211、伺服控制器212及反馈装置213组成。伺服驱动器211与控制器212之间通过SERCOS光纤网络通讯。反馈装置213包括伺服电机上的绝对值编码器210a及安装在曲轴上地旋转编码器213a、213b。

伺服驱动器将每个伺服电机210作为一个伺服轴，多个伺服轴通过齿轮机构

2401a、241b硬链接。选择一个轴作为主轴或设置一个虚拟主轴，伺服控制器212根据预设的曲线向主轴输出速度命令，并读取安装在曲柄轴上的旋转编码器213a或电机上的绝对值编码器210a的位置反馈信号，进行控制。其它轴获取与主轴相同的速度命令，安装在曲柄轴上的另一个旋转编码器213b用于安全监控。

系统设置2套伺服控制器212，,1套用于实现控制功能。另一套用于监测

系统是否运行正常及当前未知状态。控制器212实施地监控来自伺服电机210上的编码器210a和曲柄轴上的旋转编码器213a、213b的反馈信号，通过既定的规则来评估风险，如果任何一个控制器212发现异常状态或是非预期运动，则系统就会停止运动。

上述公示了实施本发明的大型四点伺服压力机的构成，但本发明并不局限于此。作为本发明的伺服压力机可以是单点、双点。伺服压力机偏心连杆机构可以是四连杆、多连杆。

上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。

Claims

1.一种伺服电机驱动的压力机，包括横梁体和底座，横梁体和底座之间连接有

立柱，所述底座上设置有工作台和下模，所述横梁体下方设置有滑块和上模，其特征在于：所述横梁体顶部设置有伺服电机，伺服电机通过零齿隙弹性联轴器连接有减速机，减速机连接有减速机输出齿轮，横梁体内设置有中间齿轮轴和偏心齿轮轴，中间齿轮轴上连接有中间大齿轮和中间小齿轮，偏心齿轮轴上连接有偏心齿轮，减速机输出齿轮与中间大齿轮相啮合，中间小齿轮与偏心齿轮相啮合，偏心齿轮连接有偏心连杆机构，偏心连杆机构下端通过滑块连接器连接滑块。

2.根据权利要求1所述的伺服电机驱动的压力机，其特征在于：所述减速机设

置至少两个，每个减速机均连接有减速机输出齿轮，横梁体内设置与减速机相同数量的中间齿轮轴和偏心齿轮轴，中间齿轮轴上连接有中间大齿轮和中间小齿轮，偏心齿轮轴上连接有偏心齿轮，每个减速机输出齿轮与对应一个中间大齿轮相啮合，每个中间小齿轮与对应一个偏心齿轮相啮合，相邻的两个中间大齿轮相啮合，每个偏心齿轮均连接有偏心连杆机构，偏心连杆机构下端均通过滑块连接器连接滑块。

3.根据权利要求1所述的伺服电机驱动的压力机，其特征在于：所述伺服电机连接有伺服驱动器、伺服控制器和反馈装置，所述反馈装置包括伺服电机编码器、曲柄旋转编码器或滑块位置编码器，反馈装置反馈信号连接到伺服控制器。

4.根据权利要求1所述的伺服电机驱动的压力机，其特征在于：还包括与电网连接的整流回馈单元，整流回馈单元用于将交流电源转换成直流母线的直流电源，为伺服驱动器提供电能，当直流母线电压升高时，向电网回馈电能，当直流母线电压降低时，向电网取电。

5.根据权利要求1所述的伺服电机驱动的压力机，其特征在于：伺服电机与伺服驱动器之间设置有动态制动单元，动态制动单元用于在伺服驱动器回路断掉时释放伺服电机的能量；伺服驱动器与整流回馈单元之间直流母线上设置有制动单元，制动单元用于停机时及时释放能量及直流母线、储能装置的放电。

6.根据权利要求1所述的伺服电机驱动的压力机，其特征在于：伺服驱动器与整流回馈单元之间直流母线上设置储能装置，用于伺服电机减速时储存电能和工作时释放能量。