CN104942872B - 数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，包括1)、在数控设备上设置支撑座、支架以及基座；2)、在支撑座与支架之间设置弹簧；3)、将音圈电机定子固定在基座上，音圈电机动子通过连接装置与冲杆相连；4)、当音圈电机未通电时，冲杆由弹簧提供平衡力而处于设定的轴向高度；当音圈电机通入正向电后，冲杆由音圈电机提供原动力而作直线向下运动，直到音圈电机动子接触到支架时，冲杆达到最大行程量；当音圈电机断电后，冲杆由弹簧提供推力而作直线向上运动，最终冲杆在弹簧的平衡力下回到设定的轴向高度；本发明方法操作简单，实现了冲杆作往复直线上下运动，提高了冲孔压花的生产效率。

Description

数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法

技术领域

本发明属于皮革等材料的数控加工领域，具体涉及数控冲孔压花机中利用音圈电机实现冲杆运动的方法。

背景技术

近年来，数控冲孔压花技术在皮革等加工领域得到了应用。数控冲花压花设备采用冲杆带动冲子快速地冲击在皮革等加工材料上，从而在皮革等材料上形成孔洞/孔痕，由此数控冲孔压花技术涉及让冲杆产生直线冲击运动机构的关键技术。同时，所需孔洞/孔痕会有各种不同的角度，因此需要驱动冲子在水平方向可按指定的不同角度旋转，由此数控冲孔压花技术还涉及让冲杆产生旋转运动机构的关键技术。

在中国专利CN201227829Y提及在数控冲孔中采用气缸产生直线冲击运动。这种方式不仅存在气缸容易损坏，经常性漏气等问题，而且还必须配备空气压缩机，工作效率较低。空气压缩机的工作原理是在低于最小设定气压时开启压缩空气，到达最大设定气压时停止压缩气体。气缸在工作过程中内部气压在最小和最大气压值之间变化，因此产生的冲击力存在差异从而影响冲孔的质量。

为了解决采用气缸所带来的一系列问题，后来技术人员采用在伺服或步进电机轴上安装曲柄滑块、凸轮机构等机械，通过曲柄滑块、凸轮机构等机械结构把旋转运动转换为直线运动为冲杆提供直线运动的动力。这种产生直线冲击方法的缺点是体积大，曲柄滑块、凸轮机构等机械转换结构易磨损，给设备维护带来了困难。

在中国专利CN201227829Y公开了一种旋转冲头装置，设有气缸座，气缸座上竖直安装有气缸，气缸的伸缩杆连接有冲头；气缸座上竖直安装有电机，冲头上套有花键套，电机的转动轴通过同步皮带与花键套连接；通过电机的转动，带动冲头及冲子旋转。该方法中旋转电机轴与冲杆不在同一中心轴线上，需要用同步轮和同步带配合的方式进行传动，结构复杂。

发明内容

鉴于以上所述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种数控冲孔压花机中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，相比于现有技术，具有结构简单，操作方便，生产稳定，成本低廉等优点。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，包括如下步骤：

1)、在数控设备上设置用于对冲杆起导向作用的支撑座、用于限制音圈电机行程的支架以及用于固定音圈电机的基座；

2)、在所述支撑座与所述支架之间设置用于冲杆复位的弹簧；

3)、将音圈电机定子固定在基座上，音圈电机动子通过连接装置与冲杆相连；

4)、当音圈电机未通电时，冲杆由弹簧提供平衡力而处于设定的轴向高度；当音圈电机通入正向电后，冲杆由音圈电机提供原动力而作直线向下运动，直到音圈电机动子接触到支架时，冲杆达到最大行程量；当音圈电机断电后，冲杆由弹簧提供推力而作直线向上运动，若为了加快冲杆复位，可在冲杆复位过程中对音圈电机通入短暂的反向电，即在音圈电机的电磁力和弹簧的弹力作用下使冲杆迅速向上运动，最终冲杆在弹簧的平衡力下回到设定的轴向高度。

进一步，在步骤1)中，所述支架上设有防撞垫，所述防撞垫可以采用橡胶、EVA发泡垫、弹簧等材料制成。

进一步，在步骤2)中，所述弹簧的上端通过带有第一固定螺钉的联接栓安装在冲杆上，其下端作用于支撑座上。

进一步，在步骤3)中，所述音圈电机定子通过第二固定螺钉安装在基座上。

进一步，在步骤3)中，所述连接装置包括连接件Ⅰ，所述连接件Ⅰ通过第一内六角螺钉固定在音圈电机动子上；所述冲杆通过第一止头螺钉联接在连接件Ⅰ上。

进一步，在数控设备上还设置用于冲杆旋转的电机以及用于固定电机的底座。

进一步，所述连接装置包括连接件Ⅱ、花键中轴以及花键套；所述连接件Ⅱ通过第二内六角螺钉固定在音圈电机动子上；所述花键中轴贯穿于连接件Ⅱ、音圈电机定子以及基座的中心；所述花键中轴上端的花键插入到与所述花键相匹配的花键套内，其另一端通过第二止头螺钉与连接件Ⅱ相连以及通过第三止头螺钉与冲杆相连。

进一步，所述电机通过第三内六角螺钉固定在底座上；所述电机的传动轴通过第四止头螺钉与花键套相连；所述电机为步进或伺服电机。

进一步，所述花键套内孔的键型与花键中轴上端花键的键型啮合配合，且花键中轴上端的花键可在花键套内上下滑动，其啮合结构可采用如一字形、十字形、渐开线形等。

进一步，所述的电机、音圈电机以及冲杆处于同一中心轴线上；所述冲杆运动的方法包括如下步骤：

a)当音圈电机未通电时，冲杆由弹簧提供平衡力而处于设定的轴向高度；当音圈电机通入正向电后，冲杆由音圈电机提供原动力而作直线向下运动，直到音圈电机动子接触到支架时，冲杆达到最大行程量；当音圈电机断电后，冲杆由弹簧提供推力而作直线向上运动，若为了加快冲杆复位，可在冲杆复位过程中对音圈电机通入短暂的反向电，即在音圈电机的电磁力和弹簧的弹力作用下使冲杆迅速向上运动，最终冲杆在弹簧的平衡力下回到设定的轴向高度；

b)当电机通电时，冲杆由电机提供旋转力而作径向的旋转运动。

本发明的优点在于：

1、本发明利用音圈电机的永磁体的磁场和线圈的磁场产生排斥力/引力带动冲杆产生直线冲击运动，改变了采用气缸或旋转电机带动曲柄滑块、凸轮机构等转换直线运动装置让冲杆产生直线冲击运动的做法，并且冲杆在做直线冲击运动时，音圈电机动子和定子之间没有摩擦，从而降低了直线冲击过程中部件的磨损，提高了数控冲孔压花设备的可靠性。

2、本发明基于音圈电机实现了冲杆作往复直线上下运动，其整体结构操作简单，维护容易，且设备运行稳定，提高了冲孔压花的生产质量和效率。

3、本发明中电机的传动轴与冲杆处在同一中心轴线上，使得电机的旋转力直接作用在冲杆上，不需要用同步轮或同步带配合的方式进行传动，其结构简单、实施方便。

4、本发明的方法使得冲杆可同步作轴向的直线冲击运动和径向的旋转运动，且两种运动之间相互不会发生干涉现象，符合生产工艺需求，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例一冲杆处于轴向初始位的示意图；

图2为本发明实施例一冲杆作直线运动到达轴向最低位的示意图；

图3为本发明实施例一连接件Ⅰ的示意图；

图4为本发明实施例二冲杆处于轴向和径向初始位的示意图；

图5为本发明实施例二冲杆作直线运动到达轴向最低位的示意图；

图6为本发明实施例二冲杆处于轴向初始位且径向顺时针旋转90°后的示意图；

图7为本发明实施例二冲杆处于轴向初始位且径向顺时针旋转180°后的示意图；

图8为本发明实施例二连接件Ⅱ的示意图；

图9为本发明实施例二花键中轴的示意图；

图10为本发明实施例二花键套的示意图；

图中：支撑座-1，支架-2，基座-3，冲杆-4，音圈电机定子-51，音圈电机动子-52，弹簧-6，联接栓-61，第一固定螺钉-7a，第二固定螺钉-7b，第一止头螺钉-8a，第二止头螺钉-8b，第三止头螺钉-8c，第四止头螺钉-8d，第一内六角螺钉-9a，第二内六角螺钉-9b，第三内六角螺钉-9c，防撞垫-10，连接件Ⅰ-11，电机-12，底座-13，连接件Ⅱ-14，花键中轴-15，花键套-16。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例一：

本实施例数控冲孔压花机中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，如图1所示，在数控设备上设置用于对冲杆4起导向作用的支撑座1、用于限制音圈电机行程的支架2以及用于固定音圈电机的基座3；在所述支撑座1与所述支架2之间设置用于冲杆4复位的弹簧6；将音圈电机定子51固定在基座3上，将音圈电机动子52通过连接装置与冲杆4相连；所述弹簧6的上端通过带有第一固定螺钉7a的联接栓61安装在冲杆4上，其下端作用于支撑座1上；所述音圈电机定子51通过第二固定螺钉7b安装在基座3上。

本实施例中，如图3所示，所述连接装置包括连接件Ⅰ11，所述连接件Ⅰ11通过第一内六角螺钉9a固定在音圈电机动子52上；所述冲杆4通过第一止头螺钉8a联接在连接件Ⅰ11上。

具体的，如图1、图2所示，当音圈电机未通电时，冲杆4由弹簧6提供平衡力而处于设定的轴向高度；当音圈电机通入正向电后，冲杆4由音圈电机提供原动力而作直线向下运动，即通入正向电后，音圈电机定子51与音圈电机动子52之间产生电磁斥力，使音圈电机动子52带动冲杆4相对于音圈电机定子51作轴向的直线向下运动，压缩弹簧6，直到音圈电机动子52接触到支架2时，冲杆4达到最大行程量；当音圈电机断电后，冲杆4由弹簧6提供推力而作直线向上运动，若为了加快冲杆4复位，可在冲杆4复位过程中对音圈电机通入短暂的反向电，使音圈电机定子51与音圈电机动子52之间产生电磁引力，音圈电机动子52带动冲杆4相对于音圈电机定子51作轴向的直线向上运动，即在音圈电机的电磁力和弹簧6的弹力作用下使冲杆4迅速向上运动，最终冲杆4在弹簧6的平衡力下回到设定的轴向高度。

作为本实施例的进一步改进，所述支架2上设有防撞垫10，所述防撞垫10可以采用橡胶、EVA发泡垫、弹簧等材料制成，可使冲杆抵达最大行程量时，减缓音圈电机动子对支架的冲击力以保护音圈电机，增加音圈电机的工作寿命。

实施例二：

本实施例数控冲孔压花机中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，如图4所示，在数控设备上还设置用于冲杆4旋转的电机12以及用于固定电机12的底座13。

本实施例中，如图8、图9、图10所示，所述连接装置包括连接件Ⅱ14、花键中轴15以及花键套16；所述连接件Ⅱ14通过第二内六角螺钉固9b定在音圈电机动子52上；所述花键中轴15贯穿于连接件Ⅱ14、音圈电机定子51以及基座3的中心；所述花键中轴15上端的花键插入到与所述花键相匹配的花键套16内，其另一端通过第二止头螺钉8b与连接件Ⅱ14相连以及通过第三止头螺钉8c与冲杆4相连。

本实施例中，所述电机12通过第三内六角螺钉9c固定在底座13上；所述电机12为步进或伺服电机所述电机12的传动轴通过第四止头螺钉8d与花键套16相连。

本实施例中，所述花键套16内孔的键型与花键中轴15上端花键的键型啮合配合，且花键中轴15上端的花键可在花键套16内上下滑动，其啮合结构可采用如一字形、十字形、渐开线形等。如图9、图10所示，本实施例中花键中轴15和花键套16采用一字形啮合结构，且花键中轴15上端的花键在花键套16内的滑移长度大于冲杆4作直线向下运动的最大行程，以保证冲杆4在直线运动过程中，花键中轴15上端的花键不会从花键套16内脱出。

作为本实施例的进一步改进，所述的电机12、音圈电机以及冲杆4处于同一中心轴线上，使得电机12产生的旋转力直接作用于冲杆4上，以使冲杆4可作径向的旋转运动。

具体的，如图4、图5所示，为便于说明，以第二止头螺钉8b、第三止头螺钉8c和第四止头螺钉8d所在径向位置作为径向初始位(即0°，定义以顺时针方向为径向角度的正方向)。当音圈电机未通电时，冲杆4由弹簧6提供平衡力而处于设定的轴向高度；当音圈电机通入正向电后，冲杆4由音圈电机提供原动力而作直线向下运动，即通入正向电后，音圈电机定子51与音圈电机动子52之间产生电磁斥力，使音圈电机动子52带动冲杆4相对于音圈电机定子51作轴向的直线向下运动，压缩弹簧6，直到音圈电机动子52接触到支架2时，冲杆4达到最大行程量；当音圈电机断电后，冲杆4由弹簧6提供推力而作直线向上运动，若为了加快冲杆4复位，可在冲杆4复位过程中对音圈电机通入短暂的反向电，使音圈电机定子51与音圈电机动子52之间产生电磁引力，而音圈电机动子52带动冲杆4相对于音圈电机定子51作轴向的直线向上运动，即在音圈电机的电磁力和弹簧6的弹力作用下使冲杆4迅速向上运动，最终冲杆4在弹簧6的平衡力下回到设定的轴向高度。

如图6所示，当电机12通电时，冲杆4由电机12提供旋转力而作径向的旋转运动(顺时针旋转90°)；即第二止头螺钉8b、第二止头螺钉8c以及第四止头螺钉8d出现在正前方位置(径向角度90°)。

如图7所示，当电机12继续通电时，冲杆4由电机12提供旋转力而继续作径向的旋转运动(顺时针旋转180°)；即第二止头螺钉8b、第二止头螺钉8c以及第四止头螺钉8d出现在径向角度180°位置。

当电机12和音圈电机同时通电时，冲杆4可同时由电机12提供旋转力而作径向的旋转运动以及由音圈电机提供原动力而作轴向的直线运动。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，其特征在于：

包括如下步骤：

1)、在数控设备上设置用于对冲杆起导向作用的支撑座、用于限制音圈电机行程的支架以及用于固定音圈电机的基座；

2)、在所述支撑座与所述支架之间设置用于冲杆复位的弹簧；

3)、将音圈电机定子固定在基座上，音圈电机动子通过连接装置与冲杆相连；

4)、当音圈电机未通电时，冲杆由弹簧提供平衡力而处于设定的轴向高度；当音圈电机通入正向电后，冲杆由音圈电机提供原动力而作直线向下运动，直到音圈电机动子接触到支架时，冲杆达到最大行程量；当音圈电机断电后，冲杆由弹簧提供推力而作直线向上运动，若为了加快冲杆复位，可在冲杆复位过程中对音圈电机通入短暂的反向电，即在音圈电机的电磁力和弹簧的弹力作用下使冲杆迅速向上运动，最终冲杆在弹簧的平衡力下回到设定的轴向高度。

2.根据权利要求1所述的数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述支架上设有防撞垫，所述防撞垫采用橡胶或EVA发泡垫或弹簧材料制成。

3.根据权利要求1所述的数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述弹簧的上端通过带有第一固定螺钉的联接栓安装在冲杆上，其下端作用于支撑座上。

4.根据权利要求1所述的数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，其特征在于：在步骤3)中，所述音圈电机定子通过第二固定螺钉安装在基座上。

5.根据权利要求1所述的数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，其特征在于：在步骤3)中，所述连接装置包括连接件Ⅰ，所述连接件Ⅰ通过第一内六角螺钉固定在音圈电机动子上；所述冲杆通过第一止头螺钉联接在连接件Ⅰ上。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，其特征在于：在数控设备上还设置用于冲杆旋转的电机以及用于固定电机的底座。

7.根据权利要求6所述的数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，其特征在于：所述连接装置包括连接件Ⅱ、花键中轴以及花键套；所述连接件Ⅱ通过第二内六角螺钉固定在音圈电机动子上；所述花键中轴贯穿于连接件Ⅱ、音圈电机定子以及基座的中心；所述花键中轴上端的花键插入到与所述花键相匹配的花键套内，其另一端通过第二止头螺钉与连接件Ⅱ相连以及通过第三止头螺钉与冲杆相连。

8.根据权利要求7所述的数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，其特征在于：所述电机通过第三内六角螺钉固定在底座上；所述电机的传动轴通过第四止头螺钉与花键套相连；所述电机为步进或伺服电机。

9.根据权利要求8所述的数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，其特征在于：所述花键套内孔的键型与花键中轴上端花键的键型啮合配合，且花键中轴上端的花键可在花键套内上下滑动，其啮合结构采用一字形或十字形或渐开线形。

10.根据权利要求9所述的数控冲孔压花中利用音圈电机实现冲杆运动的方法，其特征在于：所述的电机、音圈电机以及冲杆处于同一中心轴线上；所述冲杆运动的方法包括如下步骤：

a)当音圈电机未通电时，冲杆由弹簧提供平衡力而处于设定的轴向高度；当音圈电机通入正向电后，冲杆由音圈电机提供原动力而作直线向下运动，直到音圈电机动子接触到支架时，冲杆达到最大行程量；当音圈电机断电后，冲杆由弹簧提供推力而作直线向上运动，若为了加快冲杆复位，可在冲杆复位过程中对音圈电机通入短暂的反向电，即在音圈电机的电磁力和弹簧的弹力作用下使冲杆迅速向上运动，最终冲杆在弹簧的平衡力下回到设定的轴向高度；

b)当电机通电时，冲杆由电机提供旋转力而作径向的旋转运动。