CN105312467A - 一种永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，包括上端固定设有横梁的机身、机身导轨、滑块锤头、铜螺母、主螺杆、永磁同步伺服直线电机以及数控系统，机身导轨固定在机身上，滑块锤头位于横梁的下部且可在机身导轨上滑动，铜螺母固定在滑块锤头上，主螺杆一端通过与铜螺母构成螺旋副驱动滑块锤头作直线移动，在横梁的顶部设置有永磁同步伺服直线电机。永磁同步伺服直线电机包括飞轮转子以及定子组件，定子组件固定在横梁顶部，主螺杆的另一端固定在飞轮转子的转动轴线处。本发明具有维护方便，能耗低，噪音小，控制精度更精确，安全性能更高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及压力机技术领域，具体来说，涉及一种永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机。
背景技术
电动螺旋压力机诞生于19世纪40年代的德国，被称为一种重大的技术突破设备，是螺旋压力机发展史上的一次飞跃。目前，德国万家顿（MULLEWEINGARTEN）、拉斯科（LASCO）等公司，采用变频技术使其达到一定批量的生产。我国在1980年由鄂锻和华中科技大学联合研制成功第一代J58D-100型电动螺旋压力机。该机型的特点是传动环节少，但要设计低速、大扭矩专用电机，螺杆导套磨损后会影响电机的气隙，电机易出现故障，维修不容易；设备使用过程中对电网冲击也较大。由于当时电力、电子、变频技术落后，没能得到进一步深入研究和推广应用。
近年来，随着科技进步，我国工业的崛起，电力、电子、电控等技术迅猛发展，以及电动螺旋压力机本身具有的优点，电动螺旋压力机在我国得到了空前的发展，得到了各界的肯定。2003年湖北富升锻压机械有限公司（原鄂锻）与华中科技大学成功研制出了第二代J58K-250型数控电动螺旋压力机。该机型的特点是专用电机转速较高，转矩较小，可以设计少数几种规格的专用电机系列供不同吨位压力机使用，电机出现故障时，更换方便，维护简单；同时，螺杆导套磨损后不会影响电机性能。但由于增加了齿轮传动，传动效率降低，且小齿轮易磨损，对控制精度有一定的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，以克服目前现有技术存在的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，包括上端固定设有横梁的机身、机身导轨、滑块锤头、铜螺母、主螺杆、永磁同步伺服直线电机以及数控系统；
所述机身导轨固定设于所述机身中部，所述滑块锤头位于所述横梁下部且可在所述机身导轨上滑动，所述滑块锤头内固定设有铜螺母，所述铜螺母与所述主螺杆的一端相连；
所述永磁同步伺服直线电机包括飞轮转子和定子组件，所述定子组件包括至少一个定子以及固定所述定子的定子座，所述定子座固定设于所述横梁顶面设有的电机固定板上，所述定子设于所述飞轮转子的外圆周侧部且两者之间设有间隙，每个所述定子均包括定子铁芯以及定子绕组，所述定子绕组设于所述定子铁芯内；
所述主螺杆的另一端固定设于所述飞轮转子的转动轴线处；
所述数控系统包括电机伺服控制系统、PLC程序以及触摸屏，所述电机伺服控制系统包括伺服控制器和设于所述主螺杆端部的磁编码器。
进一步的，所述横梁底部固定设有止推轴承，所述主螺杆上设有凸肩，所述凸肩可被所述止推轴承挡住。
进一步的，所述飞轮转子包括飞轮本体以及导磁内圈，所述导磁内圈沿所述飞轮本体的外圆周设置。
进一步的，所述滑块锤头上固定设有铝柱，所述铝柱可止顶于所述横梁底部。
进一步的，所述横梁中间固定设有与所述主螺杆相匹配的导套，所述主螺杆可在所述导套中滑动。
进一步的，所述机身还设有立柱，所述立柱内设有制动器，所述制动器设有制动摩擦片，所述制动摩擦片可向左右移动并与所述滑块锤头的左右侧面相接触。
进一步的，所述飞轮转子的底部与横梁顶面之间设有推力轴承。
进一步的，所述飞轮转子与所述主螺杆的结合缝隙处通过骑缝圆柱销进行紧固。
进一步的，所述导磁内圈由永磁体材料组成，所述定子绕组由导电金属材料制成，所述定子铁芯由矽钢片材料制成。
本发明的有益效果：本发明具有维护方便，能耗低，噪音小，控制精度更精确，安全性能更高等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机的局部剖视图；
图2是根据本发明实施例所述的永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机的俯视图；
图3是图1中的M处放大图；
图4是图1中的N处放大图；
图5是图1中的P处放大图。
图中：
1、机身；2、机身导轨；3、滑块锤头；4、止推轴承；5、铜螺母；6、主螺杆；7、永磁同步伺服直线电机；71、飞轮转子；72、定子组件；73、飞轮本体；74、导磁内圈；75、内六角螺钉；76、定子；761、定子铁芯；762、定子绕组；77、定子座；8、制动器；81、制动摩擦片；9、电机固定板；10、推力轴承；11、横梁；12、立柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，根据本发明的实施例所述的永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，包括机身1，在机身1上设置有机身导轨2、滑块锤头3、止推轴承4、铜螺母5以及主螺杆6。
在机身1设有横梁11。机身导轨2固定在机身1上。在本实施例中，设置有四条“X”型方形机身导轨2，导向精度高，抗偏载能力强。滑块锤头3位于横梁11的下部且可在机身导轨2上滑动，滑块锤头3为本设备的击打锤头。滑块锤头3与横梁11间安装有铝柱31，铝柱31固定在滑块锤头3上，可止顶在横梁11底部。铝柱31为安全防撞柱，能避免滑块锤头3意外冲顶，防止机器损伤，可有效避免设备及人身伤害，安全性能高。止推轴承4固定在横梁11底部，滑块锤头3打击受力时通过止推轴承4传递受力于机身1。铜螺母5固定在滑块锤头3内，主螺杆6一端通过与铜螺母5构成螺旋副驱动滑块锤头3作上下直线移动。在主螺杆6上设置有凸肩61，凸肩61可被止推轴承4挡住。在横梁11中间固定设置有导套62，导套62套接在主螺杆6上，主螺杆6可在导套62中滑动。
在横梁11的顶部设置有永磁同步伺服直线电机7，永磁同步伺服直线电机7包括飞轮转子71以及定子组件72。飞轮转子71为永磁同步伺服直线电机7的次级，定子组件72为初级。定子组件72固定在横梁11顶部电机固定板9上且位于飞轮转子71的外圆周侧面，主螺杆6的另一端固定在飞轮转子71的转动轴线处。永磁同步伺服直线电机7的飞轮转子71是本设备压力机飞轮的组成部分，能储存能量。飞轮转子71直接驱动主螺杆6转动，减少了传统螺旋压力机的传动链，传输效率高，而且机械故障率低。另一方面，永磁同步伺服直线电机7的散热性好，易于实现位置和转速的数控。而且其启动电流小，对电网冲击小，滑块锤头3静止时，电机不工作，电量消耗低，节电约30%。
在机身1的立柱12内还设置有制动器8，制动器8通过制动滑块锤头3从而制动主螺杆6转动。制动器8为气动抱刹，设有制动摩擦片81。制动器8工作时，制动摩擦片81向左右移动并可与滑块锤头3的左右侧面接触把滑块锤头3制动。该种设置便于滑块锤头3任意位置停留，断电时能紧急刹车。在飞轮转子71的底部与横梁11顶面之间设置有推力轴承10，用于支撑飞轮转子71，且便于飞轮转子71转动。推力轴承10采用调心滚子轴承。在飞轮转子71与主螺杆6结合缝隙处设置有骑缝圆柱销63进行紧固，防止飞轮转子71与主螺杆6相互转动，提高主螺杆6的运动精度。
飞轮转子71包括飞轮本体73以及导磁内圈74，导磁内圈74沿飞轮本体73的外圆周设置。主螺杆6的另一端穿设在飞轮本体73的转动轴线处。导磁内圈74通过内六角螺钉75拉紧固定在飞轮本体73上。导磁内圈74是由永磁体材料制成。在本实施例中，导磁内圈74是8mm厚的永磁体。
定子组件72包括至少一个定子76以及固定定子76的定子座77，定子座77固定在横梁11顶面电机固定板9上。在本实施例中，设置了八个定子76以及定子座77。定子76对称与飞轮转子71的转动轴线设置，且设置在飞轮转子71的圆周外侧面。每个定子76包括定子铁芯761以及定子绕组762，定子绕组762设置在定子铁芯761内。在定子76与飞轮转子71之间设有间隙。
当永磁同步伺服直线电机7的定子绕组762通入交变电流后，会产生沿圆周方向旋转的磁场，可驱动飞轮转子71作旋转运动。而飞轮转子71旋转即带动主螺杆6旋转，主螺杆6的旋转通过铜螺母5带动滑块锤头3作上下直线运动。分别改变永磁同步伺服直线电机7的旋转磁场方向，可以轻易控制并实现对飞轮转子71的旋转加速和减速制动。
具体使用时，对称固定在机身1横梁11顶部的永磁同步伺服直线电机7的电磁力驱动飞轮转子71，飞轮转子71与主螺杆6通过骑缝圆柱销63固定连接。飞轮转子71转动通过推力轴承10固定在机身1的横梁11正中，永磁同步伺服直线电机7的飞轮转子71与定子76工作时的均匀间隙由导套62保证，飞轮转子71正反方向转动通过螺杆副（主螺杆6和铜螺母5）带动滑块锤头3上下运动。滑块锤头3在机身1的方形导轨上运动，四条导轨导向精度高，滑块锤头3向下打击受力时通过止推轴承4传递受力于机身1的框架上。连续打击过程中滑块锤头3在回程回到最高点时或点动时制动主要是通过切换定子绕组762的电流方向，增加反向电磁力制动刹车，制动器8是在断电时及时制动滑块锤头3。双重刹车技术加上设置了安全防撞铝柱31，可有效避免设备损坏及人身伤害，安全性能高。
在本实施例中，还设置有数控系统。数控系统包括电机伺服控制系统、PLC程序以及触摸屏。电机伺服控制系统的磁编码器安装在主螺杆6的端部，磁编码器信号反馈给伺服控制器实现电机闭环矢量控制，从而使永磁同步伺服直线电机7运转位置和速度准确，PLC程序指令永磁同步伺服直线电机7实现设备的锻造工艺步骤要求，通过触摸屏对运行参数进行数字化设置，程序控制锻压过程，实现先轻打后重打。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明具有维护方便，能耗低，噪音小，控制精度更精确，安全性能更高等特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，其特征在于，包括上端固定设有横梁（11）的机身（1）、机身导轨（2）、滑块锤头（3）、铜螺母（5）、主螺杆（6）、永磁同步伺服直线电机（7）以及数控系统；
所述机身导轨（2）固定设于所述机身（1）中部，所述滑块锤头（3）位于所述横梁（11）下部且可在所述机身导轨（2）上滑动，所述滑块锤头（3）内固定设有铜螺母（5），所述铜螺母（5）与所述主螺杆（6）的一端相连；
所述永磁同步伺服直线电机（7）包括飞轮转子（71）和定子组件（72），所述定子组件（72）包括至少一个定子（76）以及固定所述定子（76）的定子座（77），所述定子座（77）固定设于所述横梁（11）顶面设有的电机固定板（9）上，所述定子（76）设于所述飞轮转子（71）的外圆周侧部且两者之间设有间隙，每个所述定子（76）均包括定子铁芯（761）以及定子绕组（762），所述定子绕组（762）设于所述定子铁芯（761）内；
所述主螺杆（6）的另一端固定设于所述飞轮转子（71）的转动轴线处；
所述数控系统包括电机伺服控制系统、PLC程序以及触摸屏，所述电机伺服控制系统包括伺服控制器和设于所述主螺杆（6）端部的磁编码器。
2.根据权利要求1所述的永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，其特征在于，所述横梁（11）底部固定设有止推轴承（4），所述主螺杆（6）上设有凸肩（61），所述凸肩（61）可被所述止推轴承（4）挡住。
3.根据权利要求1所述的永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，其特征在于，所述飞轮转子（71）包括飞轮本体（73）以及导磁内圈（74），所述导磁内圈（74）沿所述飞轮本体（73）的外圆周设置。
4.根据权利要求1所述的永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，其特征在于，所述滑块锤头（3）上固定设有铝柱（31），所述铝柱（31）可止顶于所述横梁（11）底部。
5.根据权利要求1所述的永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，其特征在于，所述横梁（11）中间固定设有与所述主螺杆（6）相匹配的导套（62），所述主螺杆（6）可在所述导套（62）中滑动。
6.根据权利要求1所述的永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，其特征在于，所述机身（1）还设有立柱（12），所述立柱（12）内设有制动器（8），所述制动器（8）设有制动摩擦片（81），所述制动摩擦片（81）可向左右移动并与所述滑块锤头（3）的左右侧面相接触。
7.根据权利要求1所述的永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，其特征在于，所述飞轮转子（71）的底部与横梁（11）顶面之间设有推力轴承（10）。
8.根据权利要求1所述的永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，其特征在于，所述飞轮转子（71）与所述主螺杆（6）的结合缝隙处通过骑缝圆柱销进行紧固。
9.根据权利要求1所述的永磁同步伺服直线电机驱动的数控电动螺旋压力机，其特征在于，所述导磁内圈（74）由永磁体材料组成，所述定子绕组（762）由导电金属材料制成，所述定子铁芯（761）由矽钢片材料制成。
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