CN105149578A - 一种伺服直驱粉末成型机及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种伺服直驱粉末成型机及其加工方法。涉及伺服直驱式粉末成型设备的改进。结构精巧、使用方便、出料难度低且工作效率高，使用后可有效避免因工件尺寸不稳定及工件变形等问题引发的废品率高的伺服直驱粉末成型机。包括具有上横梁和下箱体的机架；粉末成型机还包括上模组件、芯棒组件、中模组件和下模组件。采用了全伺服电机直接驱动的驱动结构，能源清洁、设备造价低、设备体积小以及加工效率高。利用伺服电机同一加工周期内可进行多次动作的优势，在常规加工方法中加入了“下模压料”和“保压”，从而有效解决了因工件尺寸不稳定及工件变形等问题引发的废品率高的问题，加工效果好、设备可靠性高及工件尺寸稳定性好。

Description

一种伺服直驱粉末成型机及其加工方法

技术领域

本发明涉及粉末成型设备领域，尤其涉及伺服直驱式粉末成型设备的改进。

背景技术

目前，传统粉末成型机的驱动结构通常分为两种：其一为液压驱动式，此类驱动形式的结构简单，然而却具有着能源不清洁、加工效率不高等缺陷；同时，由于粉末成型时的加工时间长，液压油在使用时的温度不断上升，因此也极易使得加工工件加工后出现尺寸不稳定、废品率高等问题。其二为机械驱动式，及通过凸轮、曲轴等传动结构进行动力传输，此类驱动形式的工作效率较高，但却具有着驱动结构复杂、造价成本高以及工件成型后稳定性差等问题。

对此，国家局于2014年8月20日公告了一份名为“可调型粉末成型机”、申请号为“201320877639.9”的中国专利文献，该案中提出了一种以伺服电机作为动力源的驱动形式；然而，人们在实际使用后发现，由于该案的加工步骤仅为简单的“进料-合模-分模-出料”，因此，工件尤其是带中孔的如链轮、带轮、轴套等，在加工后仍极易出现尺寸不稳定、出料难度大及废品率高等问题。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种结构精巧、使用方便、出料难度低且工作效率高，使用后可有效避免因工件尺寸不稳定及工件变形等问题引发的废品率高的一种伺服直驱粉末成型机及其加工方法。

本发明的技术方案为：包括具有上横梁和下箱体的机架，所述粉末成型机还包括上模组件、芯棒组件、中模组件和下模组件；

所述上模组件包括上模伺服电机、上模丝杆、上模滚珠花键、上模板和上模，所述上模伺服电机固定连接在上横梁上、且与铰接于上横梁下方的上模丝杆联动，所述上模滚珠花键套接在上模丝杆上、且与上模丝杆相适配，所述上模板固定连接在上模滚珠花键的底端，所述上模可拆卸的连接在上模板的下方；

所述芯棒组件包括芯棒伺服电机、芯棒丝杆、芯棒滚珠花键、芯棒板和芯棒，所述芯棒伺服电机固定连接在下箱体上、且与铰接于下箱体上方的芯棒丝杆联动，所述芯棒滚珠花键套接在芯棒丝杆上、且与芯棒丝杠相适配，所述芯棒板固定连接在芯棒滚珠花键的顶端，所述芯棒可拆卸的连接在芯棒板的顶面上，所述芯棒位于上模的下方、且与上模同轴心，所述上模的底面上开设有与芯棒适配的芯棒容置孔；

所述中模组件包括中模伺服电机、中模丝杆、中模滚珠花键、中模板和中模，所述中模伺服电机固定连接在上横梁上、且与铰接于上横梁下方的中模丝杆联动，所述中模滚珠花键套接在中模丝杆上、且与中模丝杆相适配，所述中模板固定连接在中模滚珠花键的底端，所述中模板的中部开设有上大下小的阶梯孔，所述中模可拆卸的连接在阶梯孔中的大孔中，所述中模空套在所述芯棒的顶端、且与芯棒同轴心；

所述中模组件还包括支撑组件；

所述支撑组件包括至少一直线驱动装置、至少一撑杆、至少一空心座和一支撑环，所述空心座固定连接在下箱体的顶面上，所述支撑环固定连接在空心座的顶面上、且空套所述芯棒板，所述直线驱动装置固定连接在空心座内，所述撑杆连接在直线驱动装置的顶端，使得撑杆在直线驱动装置的驱动下做上下往复运动；所述撑杆依次穿出空心座和支撑环、并固定连接在中模板的底面上；

所述下模组件包括下模板、下模和至少一下导柱，所述下模板架设在支撑环的顶面上，所述下模可拆卸的连接在下模板的上方，所述下模套接所述芯棒、且其顶端伸入至中模和芯棒之间，所述下导柱的下部穿设于下模板中、且与下模板固定相连，所述下导柱的底端穿设于芯棒板中、且与芯棒板滑动连接，所述下导柱的上部穿设于中模板中、且与中模板滑动连接。

所述上模伺服电机的底端具有输出轴一，所述上模丝杆的顶端具有与上模丝杆连为一体的传动轴一，所述上横梁的底面上固定连接有轴承座一，所述输出轴一和传动轴一之间通过连轴器一相联动、且传动轴一穿设在轴承座一内；

所述上模和上模板的底面之间设有上模座，所述上模座固定连接在上模板的底面上，所述上模座的底面上可拆卸的连接有上模压盖，所述上模的顶端容置在所述上模压盖内。

所述上模座外还套设有平衡板，所述平衡板固定连接在下导柱的顶端。

所述芯棒伺服电机的底端具有伸入至下箱体中的输出轴二，所述芯棒丝杆的底端具有与芯棒丝杆连为一体的传动轴二，所述下箱体的顶面上固定连接有轴承座二，所述传动轴二的下部穿设与轴承座二中、且伸入至下箱体中，所述传动轴二与输出轴二通过皮带联动；

所述芯棒板的顶面上可拆卸的连接有芯棒压盖，所述芯棒的底端容置在所述芯棒压盖内。

所述中模伺服电机的底端具有输出轴三，所述中模丝杆的顶端具有与中模丝杆连为一体的传动轴三，所述上横梁的底面上固定连接有轴承座三，所述输出轴三和传动轴三之间通过连轴器三相联动、且传动轴三穿设在轴承座三内。

所述中模伺服电机、输出轴三、连轴器三、传动轴三、轴承座三、中模丝杆和中模滚珠花键均沿上模丝杆对称的设有一对。

所述下模和下模板之间设有下模座，所述下模座固定连接在下模板的顶面上，所述下模座的顶面上可拆卸的连接有下模压盖，所述下模的底端容置在所述下模压盖内。

按以下步骤进行加工：

1）、进料：将粉末状的物料送入中模的内侧面、下模的顶面及芯棒的侧表面所形成的环状空间中；

2）、压料：

2.1）、上模压料：开启上模伺服电机，使得上模下行，最终压入环状空间中；

2.2）、下模压料：开启芯棒伺服电机，使得芯棒上行进入芯棒容置孔中；并同时通过芯棒板带动下模板上行，最终使得下模上行并在环状空间中进一步压实物料；

3）、保压：同时开启上模伺服电机和芯棒伺服电机，使得上模、芯棒和下模同时上行，从而使得物料边保压边上行，直至完全运动至中模板的上方；

4）、出料：开启上模伺服电机，使得上模上行与物料分离，从而使得人工或机械手可方便的取出物料；

5）、复位：开启芯棒伺服电机，使得芯棒和下模同步下行，直至下模板落在支撑环的顶面上；完毕。

本发明针对粉末成型机中液压驱动式及机械驱动式等驱动结构存在的弊端，采用了全伺服电机直接驱动的驱动结构，从而具有着能源清洁、设备造价低、设备体积小以及加工效率高的特点。同时，本案在加工时利用伺服电机同一加工周期内可进行多次动作的优势，在常规加工方法中加入了“下模压料”和“保压”，从而有效解决了因工件尺寸不稳定及工件变形等问题引发的废品率高的问题，具有着加工效果好、设备可靠性高及工件尺寸稳定性好等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是图1的左视图，

图3是图1的俯视图，

图4是本发明中上模板的结构示意图，

图5是本发明中平衡板的结构示意图，

图6是本发明中中模板的结构示意图，

图7是本发明中下模板的结构示意图，

图8是本发明中芯棒板的结构示意图，

图9是图1的I-I向剖视图，

图10是图9的A向剖视图，

图11是图9的B向剖视图，

图12是图9的C向剖视图，

图13是图9的D向剖视图，

图14是本发明的使用状态参考图一，

图15是本发明的使用状态参考图二，

图16是本发明的使用状态参考图三，

图17是本发明的使用状态参考图四；

图中1是上横梁，11是轴承座一，13是轴承座三，2是下箱体，22是轴承座二；

3是上模组件，31是上模伺服电机，310是输出轴一，32是上模丝杆，320是传动轴一，33是上模滚珠花键，34是上模板，35是上模，36是上模座，360是平衡板；

4是芯棒组件，41是芯棒伺服电机，410是输出轴二，42是芯棒丝杆，420是传动轴二，43是芯棒滚珠花键，44是芯棒板，45是芯棒；

5是中模组件，51是中模伺服电机，510是输出轴三，52是中模丝杆，520是传动轴三，53是中模滚珠花键，54是中模板，55是中模，56是支撑组件，561是直线驱动装置，562是撑杆，563是空心座，564是支撑环；

6是下模组件，61是下模板，62是下模，63是下导柱，64是下模座。

具体实施方式

本发明如图1-17所示，包括具有上横梁1和下箱体2的机架，所述粉末成型机还包括上模组件3、芯棒组件4、中模组件5和下模组件6；

所述上模组件3包括上模伺服电机31、上模丝杆32、上模滚珠花键33、上模板34和上模35，所述上模伺服电机31固定连接在上横梁1上、且与铰接于上横梁1下方的上模丝杆32联动，所述上模滚珠花键33套接在上模丝杆32上、且与上模丝杆32相适配（即可有效的将上模丝杆的旋转运动转化为上模滚珠花键的上下直线运动），所述上模板34固定连接在上模滚珠花键33的底端，所述上模35可拆卸的连接在上模板34的下方；开启上模伺服电机后，上模丝杆开始绕自身轴心作旋转运动，使得与其适配的上模滚珠花键在上模丝杠外的螺纹的作用下作或上或下的直线运动，从而带动上模板，并最终带动上模作或上或下的直线运动。

所述芯棒组件4包括芯棒伺服电机41、芯棒丝杆42、芯棒滚珠花键43、芯棒板44和芯棒45，所述芯棒伺服电机41固定连接在下箱体2上、且与铰接于下箱体2上方的芯棒丝杆42联动，所述芯棒滚珠花键43套接在芯棒丝杆42上、且与芯棒丝杠42相适配（即可有效的将芯棒丝杆的旋转运动转化为芯棒滚珠花键的上下直线运动），所述芯棒板44固定连接在芯棒滚珠花键43的顶端，所述芯棒45可拆卸的连接在芯棒板44的顶面上，所述芯棒45位于上模35的下方、且与上模35同轴心，所述上模35的底面上开设有与芯棒45适配的芯棒容置孔；开启芯棒伺服电机后，芯棒丝杆开始绕自身轴心作旋转运动，使得与其适配的芯棒滚珠花键在芯棒丝杠外的螺纹的作用下作或上或下的直线运动，从而带动芯棒板，并最终带动芯棒作或上或下的直线运动。

所述中模组件5包括中模伺服电机51、中模丝杆52、中模滚珠花键53、中模板54和中模55，所述中模伺服电机51固定连接在上横梁1上、且与铰接于上横梁1下方的中模丝杆52联动，所述中模滚珠花键53套接在中模丝杆52上、且与中模丝杆52相适配（即可有效的将中模丝杆的旋转运动转化为中模滚珠花键的上下直线运动），所述中模板54固定连接在中模滚珠花键53的底端，所述中模板54的中部开设有上大下小的阶梯孔，所述中模55可拆卸的连接在阶梯孔中的大孔中，所述中模55空套在所述芯棒45的顶端、且与芯棒45同轴心；开启中模伺服电机后，中模丝杆开始绕自身轴心作旋转运动，使得与其适配的中模滚珠花键在中模丝杠外的螺纹的作用下作或上或下的直线运动，从而带动中模板，并最终带动中模作或上或下的直线运动。

所述中模组件5还包括支撑组件56；

所述支撑组件56包括至少一直线驱动装置561、至少一撑杆562、至少一空心座563和一支撑环564，所述空心座563固定连接在下箱体2的顶面上，所述支撑环564固定连接在空心座563的顶面上、且空套所述芯棒板45，所述直线驱动装置561固定连接在空心座563内，所述撑杆562连接在直线驱动装置561的顶端，使得撑杆562在直线驱动装置561的驱动下做上下往复运动；所述撑杆562依次穿出空心座563和支撑环564、并固定连接在中模板55的底面上；由于本案在使用时将以中模作为基准位置，使得中模将仅在加工工件之前进行初始位置调整；因此，本案为保证加工时个部件的运行精度以及稳定稳定性，在中模板与下箱体之间增设了支撑装置，从而确保中模在初始位置调整完毕后不会发生意外窜动。

所述下模组件6包括下模板61、下模62和至少一下导柱63，所述下模板61架设在支撑环564的顶面上，所述下模62可拆卸的连接在下模板61的上方，所述下模62套接所述芯棒45、且其顶端伸入至中模55和芯棒45之间，所述下导柱63的下部穿设于下模板61中、且与下模板61固定相连，所述下导柱63的底端穿设于芯棒板44中、且与芯棒板44滑动连接，所述下导柱63的上部穿设于中模板54中、且与中模板54滑动连接。这样，设于支撑环内的芯棒板在上行一段距离后将抵住架设在支撑环顶面上的下模板，并在此后实现与下模板的同步上、下运动；此外，由于下模工作时将在芯棒和中模之间进行动作，因此，本案中增设了至少一下导柱，从而有效确保了下模动作的直线性与稳定性。

所述上模伺服电机31的底端具有输出轴一310，所述上模丝杆32的顶端具有与上模丝杆32连为一体的传动轴一320，所述上横梁1的底面上固定连接有轴承座一11，所述输出轴一310和传动轴一320之间通过连轴器一相联动、且传动轴一320穿设在轴承座一11内；从而使得上模伺服电机、上模丝杆和上横梁三者之间的连接、动作更为稳定、可靠；

所述上模35和上模板34的底面之间设有上模座36，所述上模座36固定连接在上模板34的底面上，所述上模座36的底面上可拆卸的连接有上模压盖，所述上模35的顶端容置在所述上模压盖内。这样，对上模压盖进行拆、装操作即可方便的对上模进行更换。

所述上模座36外还套设有平衡板360，所述平衡板360固定连接在下导柱63的顶端。这样，使得上模、下模及芯棒的运行更加稳定，且使得三者在运动时始终保持高度的同轴心，从而使得设备整体具有加工精度高、加工件尺寸稳定性高等优点。

所述芯棒伺服电机41的底端具有伸入至下箱体2中的输出轴二410，所述芯棒丝杆42的底端具有与芯棒丝杆42连为一体的传动轴二420，所述下箱体2的顶面上固定连接有轴承座二22，所述传动轴二420的下部穿设与轴承座二22中、且伸入至下箱体2中，所述传动轴二420与输出轴二410通过皮带联动；从而使得芯棒伺服电机、芯棒丝杆和下箱体三者之间的连接、动作更为稳定、可靠；

所述芯棒板44的顶面上可拆卸的连接有芯棒压盖，所述芯棒45的底端容置在所述芯棒压盖内。这样，对芯棒压盖进行拆、装操作即可方便的对芯棒进行更换。

所述中模伺服电机51的底端具有输出轴三510，所述中模丝杆52的顶端具有与中模丝杆52连为一体的传动轴三520，所述上横梁1的底面上固定连接有轴承座三13，所述输出轴三510和传动轴三520之间通过连轴器三相联动、且传动轴三520穿设在轴承座三13内。从而使得中模伺服电机、中模丝杆和上横梁三者之间的连接、动作更为稳定、可靠。

所述中模伺服电机51、输出轴三510、连轴器三、传动轴三520、轴承座三13、中模丝杆52和中模滚珠花键53均沿上模丝杆32对称的设有一对。同样，由于本案在使用时将以中模作为基准位置，使得中模将仅在加工工件之前进行初始位置调整；因此，此处的设置将有效提升中模的运行稳定性以及工件加工时中模的稳定性。

所述下模62和下模板61之间设有下模座64，所述下模座64固定连接在下模板61的顶面上，所述下模座64的顶面上可拆卸的连接有下模压盖，所述下模62的底端容置在所述下模压盖内。这样，对下模压盖进行拆、装操作即可方便的对下模进行更换。

本案为提升视图清晰度，本案以图13作为基准，以图9、13-17对本案的加工动作进行示意，具体的说，按以下步骤进行加工：

1）、如图13所示，进料：将粉末状的物料送入中模55的内侧面、下模62的顶面及芯棒45的侧表面所形成的环状空间中；

2）、压料：

2.1）、如图14所示，上模压料：开启上模伺服电机31，使得上模35下行，最终压入环状空间中；

2.2）、如图15所示，下模压料：开启芯棒伺服电机41，使得芯棒45上行进入芯棒容置孔中；并同时通过芯棒板44带动下模板上行，最终使得下模62上行并在环状空间中进一步压实物料；

3）、如图16所示，保压：同时开启上模伺服电机31和芯棒伺服电机41，使得上模35、芯棒45和下模62同时上行，从而使得物料边保压边上行，直至完全运动至中模板的上方；

4）、如图17所示，出料：开启上模伺服电机31，使得上模35上行与物料分离，从而使得人工或机械手可方便的取出物料；

5）、复位：开启芯棒伺服电机41，使得芯棒45和下模62同步下行，直至下模板61落在支撑环564的顶面上；完毕。

如出料难度大（物料与芯棒分离难度大），则可通过以下步骤代替步骤4）、步骤5）：

M）、开启上模伺服电机31，使得上模35上行与物料分离，继续开启中模伺服电机和芯棒伺服电机，并在下模板下落至支撑环上之后继续下行，直至中模及芯棒的顶面均低于下模的顶面，即露出物料，使得人工或机械手可方便的取出物料；完毕。

本案的加工步骤清晰有序，加工时利用伺服电机同一加工周期内可进行多次动作的优势，在常规加工方法中加入了“下模压料”和“保压”，从而使得加工后工件的尺寸极为稳定且废品率极低。此外，本案在出料时除正常“出料”步骤外，对伺服电机的优势加以利用，从而在出料较大的情况下通过对中模伺服电机和芯棒伺服电机的继续操作，实现更为高效、顺畅的出料。

Claims (8)

1.一种伺服直驱粉末成型机，包括具有上横梁和下箱体的机架，其特征在于，所述粉末成型机还包括上模组件、芯棒组件、中模组件和下模组件；

所述上模组件包括上模伺服电机、上模丝杆、上模滚珠花键、上模板和上模，所述上模伺服电机固定连接在上横梁上、且与铰接于上横梁下方的上模丝杆联动，所述上模滚珠花键套接在上模丝杆上、且与上模丝杆相适配，所述上模板固定连接在上模滚珠花键的底端，所述上模可拆卸的连接在上模板的下方；

所述芯棒组件包括芯棒伺服电机、芯棒丝杆、芯棒滚珠花键、芯棒板和芯棒，所述芯棒伺服电机固定连接在下箱体上、且与铰接于下箱体上方的芯棒丝杆联动，所述芯棒滚珠花键套接在芯棒丝杆上、且与芯棒丝杠相适配，所述芯棒板固定连接在芯棒滚珠花键的顶端，所述芯棒可拆卸的连接在芯棒板的顶面上，所述芯棒位于上模的下方、且与上模同轴心，所述上模的底面上开设有与芯棒适配的芯棒容置孔；

所述中模组件包括中模伺服电机、中模丝杆、中模滚珠花键、中模板和中模，所述中模伺服电机固定连接在上横梁上、且与铰接于上横梁下方的中模丝杆联动，所述中模滚珠花键套接在中模丝杆上、且与中模丝杆相适配，所述中模板固定连接在中模滚珠花键的底端，所述中模板的中部开设有上大下小的阶梯孔，所述中模可拆卸的连接在阶梯孔中的大孔中，所述中模空套在所述芯棒的顶端、且与芯棒同轴心；

所述中模组件还包括支撑组件；

所述支撑组件包括至少一直线驱动装置、至少一撑杆、至少一空心座和一支撑环，所述空心座固定连接在下箱体的顶面上，所述支撑环固定连接在空心座的顶面上、且空套所述芯棒板，所述直线驱动装置固定连接在空心座内，所述撑杆连接在直线驱动装置的顶端，使得撑杆在直线驱动装置的驱动下做上下往复运动；所述撑杆依次穿出空心座和支撑环、并固定连接在中模板的底面上；

所述下模组件包括下模板、下模和至少一下导柱，所述下模板架设在支撑环的顶面上，所述下模可拆卸的连接在下模板的上方，所述下模套接所述芯棒、且其顶端伸入至中模和芯棒之间，所述下导柱的下部穿设于下模板中、且与下模板固定相连，所述下导柱的底端穿设于芯棒板中、且与芯棒板滑动连接，所述下导柱的上部穿设于中模板中、且与中模板滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种伺服直驱粉末成型机，其特征在于，所述上模伺服电机的底端具有输出轴一，所述上模丝杆的顶端具有与上模丝杆连为一体的传动轴一，所述上横梁的底面上固定连接有轴承座一，所述输出轴一和传动轴一之间通过连轴器一相联动、且传动轴一穿设在轴承座一内；

所述上模和上模板的底面之间设有上模座，所述上模座固定连接在上模板的底面上，所述上模座的底面上可拆卸的连接有上模压盖，所述上模的顶端容置在所述上模压盖内。

3.根据权利要求2所述的一种伺服直驱粉末成型机，其特征在于，所述上模座外还套设有平衡板，所述平衡板固定连接在下导柱的顶端。

4.根据权利要求1所述的一种伺服直驱粉末成型机，其特征在于，所述芯棒伺服电机的底端具有伸入至下箱体中的输出轴二，所述芯棒丝杆的底端具有与芯棒丝杆连为一体的传动轴二，所述下箱体的顶面上固定连接有轴承座二，所述传动轴二的下部穿设与轴承座二中、且伸入至下箱体中，所述传动轴二与输出轴二通过皮带联动；

所述芯棒板的顶面上可拆卸的连接有芯棒压盖，所述芯棒的底端容置在所述芯棒压盖内。

5.根据权利要求1所述的一种伺服直驱粉末成型机，其特征在于，所述中模伺服电机的底端具有输出轴三，所述中模丝杆的顶端具有与中模丝杆连为一体的传动轴三，所述上横梁的底面上固定连接有轴承座三，所述输出轴三和传动轴三之间通过连轴器三相联动、且传动轴三穿设在轴承座三内。

6.根据权利要求5所述的一种伺服直驱粉末成型机，其特征在于，所述中模伺服电机、输出轴三、连轴器三、传动轴三、轴承座三、中模丝杆和中模滚珠花键均沿上模丝杆对称的设有一对。

7.根据权利要求1所述的一种伺服直驱粉末成型机，其特征在于，所述下模和下模板之间设有下模座，所述下模座固定连接在下模板的顶面上，所述下模座的顶面上可拆卸的连接有下模压盖，所述下模的底端容置在所述下模压盖内。

8.一种权利要求1所述的伺服直驱粉末成型机的加工方法，其特征在于，按以下步骤进行加工：

1）、进料：将粉末状的物料送入中模的内侧面、下模的顶面及芯棒的侧表面所形成的环状空间中；

2）、压料：

2.1）、上模压料：开启上模伺服电机，使得上模下行，最终压入环状空间中；

2.2）、下模压料：开启芯棒伺服电机，使得芯棒上行进入芯棒容置孔中；并同时通过芯棒板带动下模板上行，最终使得下模上行并在环状空间中进一步压实物料；

3）、保压：同时开启上模伺服电机和芯棒伺服电机，使得上模、芯棒和下模同时上行，从而使得物料边保压边上行，直至完全运动至中模板的上方；

4）、出料：开启上模伺服电机，使得上模上行与物料分离，从而使得人工或机械手可方便的取出物料；

5）、复位：开启芯棒伺服电机，使得芯棒和下模同步下行，直至下模板落在支撑环的顶面上；完毕。