CN105880349B - 一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构，包括滑块、曲柄连杆机构、摆动架和凸轮机构；摆动架设置在曲柄连杆机构和凸轮机构之间，且分别与滑块、曲柄连杆机构和凸轮机构相铰接。凸轮机构包括凸轮轴、凸轮组、凸轮驱动装置、顶杆和支撑杆。凸轮组包括凸轮盘和凸轮切换机构，凸轮盘的轮廓线能与顶杆的顶端配合构成凸轮副传动；顶杆的底端与支撑杆相铰接，支撑杆的另一端与摆动架相铰接。采用上述结构后，能实现多种加工模式，能根据板材的厚度及冲裁力的大小进行动态调整。大冲裁力采用低速重载模式，小冲裁力采用高速模式。机构的增力特性与增速特性可控性好，且能够适用于高速，重载的应用场合。

Description

一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构

技术领域

本发明涉及一种数控转塔冲床，特别是一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构。

背景技术

数控转塔冲床是金属板材加工领域的重要装备，转塔冲床按照其主传动机构的动力源类型可以分为机械式、液压式和全电伺服式三种类型。由于全电伺服式冲床具有速度快、精度高、节能、环保、滑块运动曲线可控等突出优点，近几年逐步取代传统的机械式和液压式结构，成为行业的主流产品。

现有全电伺服式数控转塔冲床技术中按照机构的类型可以分为曲柄滑块式、肘杆式等多种机构形式。但是这些机构形式分为两大类：

一、采用单电机驱动的平面连杆机构形式

目前已有的单电机驱动的平面连杆机构形式，主要存在如下不足：

1、柔性差：机构的运动学特性与力学特性不可调，即机构的增力特性、增速特性都是固定的，不能根据冲裁的板厚及冲裁力的大小进行动态调整，导致小负荷时冲裁速度不快，慢速冲裁时冲裁力不大。

2、曲轴的支撑轴承负荷过大，整个冲裁载荷全部作用在曲轴的支撑轴承上，容易引起该轴承的损坏。

3、不能实现大行程、恒力加工模式，无法完成拉深等成型加工。

二、采用双电机驱动的二自由度平面连杆机构

目前已有的二自由度混合驱动机械式伺服压力机，基本为高度非线性机构，其增力与增速特性受到多方面因素影响，控制参数提取困难，可控性较差。另外，随着冲头冲压曲线的变化，电机功率的利用率也会发生变化，不能保证电机在各个工况下都处于满负荷工作，造成功率浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构，该数控冲床主传动机构具有多种加工模式，能根据板材的厚度及冲裁力的大小进行动态调整。大冲裁力采用低速重载模式，小冲裁力采用高速模式。机构的增力特性与增速特性可控性好，且能够适用于高速，重载的应用场合。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构，包括冲裁装置和増力增速调整装置。

冲裁装置包括能竖向滑移的滑块。

増力增速调整装置包括曲柄连杆机构、摆动架和凸轮机构；摆动架设置在曲柄连杆机构和凸轮机构之间，且摆动架分别与滑块、曲柄连杆机构和凸轮机构相铰接。

曲柄连杆机构包括曲柄和连杆，连杆的一端与曲柄的转动轴相铰接，连杆的另一端与摆动架相铰接。

凸轮机构包括凸轮轴、凸轮组、凸轮驱动装置、顶杆和支撑杆。

凸轮轴能在凸轮驱动装置的驱动作用下，进行转动。

凸轮盘的轮廓线能与顶杆的顶端配合构成凸轮副传动。

顶杆的底端与支撑杆相铰接，支撑杆的另一端与摆动架相铰接。

凸轮机构还包括凸轮切换机构；凸轮组包括至少两个凸轮盘，凸轮盘之间均为刚性连接；凸轮组同轴套装在凸轮轴上；凸轮组能在凸轮切换机构的作用下，沿着凸轮轴的轴向进行滑移并锁定；当凸轮组与凸轮轴相锁定时，凸轮组能随着凸轮轴同步转动。

相邻两个凸轮盘之间设置有拨动间隙；凸轮切换机构包括丝杠、切换电机和拨叉；切换电机能驱动丝杠转动，拨叉的一端与丝杠螺纹连接，拨叉的另一端伸入任一个拨动间隙内。

凸轮切换机构还包括与凸轮轴相平行设置的导杆，该导杆与拨叉滑动连接。

凸轮盘的外周面上设置有四个卡槽，每个卡槽均能与顶杆的顶端相卡合，卡槽间采用曲线过度，相邻两个卡槽所呈的径向夹角为90°；四个卡槽对应四个加工模式。

当顶杆与位于顶杆正上方凸轮盘中的一个卡槽相卡合，能够实现顶杆高度的调整，进而当冲头接触板材时，能实现曲柄与连杆间夹角的调整，即不同増力特性和不同增速特性的调整，同时适应不同冲裁板厚的变化。

当冲头接触板材时，曲柄与连杆之间所呈的锐形夹角越大，増力越小，增速越大，当曲柄与连杆相垂直时，增速最大，冲裁速度最快；曲柄与连杆之间所呈的锐形夹角越小，増力越大，增速越小。

凸轮盘的轮廓线为样条曲线，样条曲线由6个插值点拟合而成，每个插值点间的径向增量相同，压力角相同。

当凸轮盘匀速转动时，顶杆能匀速运动，实现大行程恒力加工模式。

凸轮驱动装置包括凸轮轴驱动电机、同步带轮和同步带；凸轮轴驱动电机通过同步带轮和同步带与凸轮轴相连接。

本发明采用上述结构后，具有如下有益效果：

1、柔性加工：机构的运动学特性与力学特性可调，能根据板材的厚度及冲裁力的大小进行动态调整。大冲裁力采用低速重载模式，小冲裁力采用高速模式。在相同电机功率的情况下，能够实现更高的冲裁速度和冲裁力。

2、冲裁力由曲柄的支撑轴承和凸轮盘的支撑轴承共同承受，支撑轴承的载荷明显减小，能够提高支撑轴承的使用寿命。

3、具有恒力输出模式，适合成型加工模式。

4、曲柄连杆机构与凸轮机构同时动作，能合成复杂多样的滑块运动特性曲线，极大扩展了加工柔性。

5、凸轮组中设置有多个凸轮盘，每个凸轮盘均能设置呈不同的轮廓曲线，机构的增力特性与增速特性易于控制，还能对凸轮盘进行切换，能够拓展出更多种类的加工模式。

附图说明

图1显示了本发明一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构的结构示意图。

图2显示了本发明一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构的原理示意图。

图3显示了本发明一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构的侧面局部视图。

图4显示了本发明一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构的正面局部视图。

图5显示了本发明中凸轮切换机构的结构示意图。

图6显示了本发明中凸轮盘第一种实施例的结构示意图。

图7显示了本发明中凸轮盘第二种实施例的结构示意图。

图8显示了图7中凸轮盘轮廓曲线的分析视图。

图9显示了含有摆动架第二种实施例的原理示意图。

图10显示了含有摆动架第三种实施例的原理示意图。

图11显示了全行程冲裁模式下曲柄连杆机构位于下极限位置时的原理示意图。

图12显示了全行程冲裁模式下曲柄连杆机构位于上极限位置时的原理示意图。

图13显示了板厚为t1时的高速冲裁模式。

图14显示了板厚为t1时的重载冲裁模式。

图15显示了凸轮盘采用第二种实施例时的大行程恒力加工模式。

其中有：1.机架；21.滑块；31.曲柄；311.曲柄驱动电机；32.连杆；4.摆动架；51.凸轮轴；52.凸轮组；521.凸轮盘；522.卡槽；523.拨动间隙；53.凸轮驱动装置；531.凸轮轴驱动电机；532.同步带轮；533.同步带；54.凸轮切换机构；541.切换电机；542.导杆；543.丝杠；544.拨叉；55.顶杆；56.支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1、图2和图3所示，一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构，包括机架1、冲裁装置和増力增速调整装置。

冲裁装置包括能竖向滑移的滑块21。

机架上设置有滑块导向部，滑块能沿着滑块导向部进行上下滑移。

増力增速调整装置包括曲柄连杆机构、摆动架4和凸轮机构。

摆动架设置在曲柄连杆机构和凸轮机构之间，且摆动架分别与滑块、曲柄连杆机构和凸轮机构相铰接。

摆动架的结构形式可以多样，优选具有如下优选实施例：

第一种实施例

如图1和图2所示，摆动架呈L型，L型摆动架的尖端拐角朝上，且该尖端拐角与滑块的顶端相铰接。L型摆动架的其中一个自由端与曲柄连杆机构中的连杆相铰接；L型摆动架的另一个自由端与凸轮机构中的支撑杆相铰接。

第二种实施例

如图9所示，摆动架为V型架或三角形架，该V型架或三角形架上具有三个交接点，三个铰接点分别与连杆、支撑杆和滑块相铰接。

第三种实施例

如图10所示，摆动架为直线杆，该直线杆上设置有两个铰接点，一个铰接点与滑块相铰接；另一个铰接点分别与连杆和凸轮机构中的支撑杆相铰接。

曲柄连杆机构包括曲柄31和连杆32。曲柄优选由曲柄驱动电机所驱动；连杆的一端与曲柄的转动轴相铰接，连杆的另一端与摆动架相铰接；曲柄与连杆之间的角度能够调整。

凸轮机构包括凸轮轴51、凸轮组52、凸轮驱动装置53、凸轮切换机构54、顶杆55和支撑杆56。

凸轮轴能在凸轮驱动装置的驱动作用下，进行转动。

如图3所示，凸轮驱动装置53优选包括凸轮轴驱动电机531、同步带轮532和同步带533。凸轮轴驱动电机通过同步带轮和同步带与凸轮轴相连接。

凸轮组的结构具有如下两种优选实施例。

实施例1

凸轮组包括一个凸轮盘521。

实施例2

如图4所示，凸轮组包括至少两个凸轮盘，凸轮盘之间均为刚性连接；凸轮组同轴套装在凸轮轴上；凸轮组能在凸轮切换机构的作用下，沿着凸轮轴的轴向进行滑移并锁定；当凸轮组与凸轮轴相锁定时，凸轮组能随着凸轮轴同步转动。

相邻两个凸轮盘之间设置有拨动间隙523。

如图5所示，上述凸轮切换机构54包括丝杠543、切换电机541、导杆542和拨叉544。

上述导杆，优选由两根，分别平行设置在凸轮轴的两侧，每根导杆均与拨叉滑动连接。其中切换电机与丝杠一端固定联接，切换电机转动带动丝杠旋转。丝杠两端与机架铰接。两根导杆与机架固定联接。拨叉通过上下两个孔与导杆活动联接，通过中间螺纹孔与丝杠配合形成螺纹副传动，丝杠的旋转可以实现拨叉的移动。拨叉的另一端卡在凸轮组的两个凸轮盘间的拨动间隙内，拨叉左右移动能够实现对凸轮盘的切换，即实现不同凸轮盘与顶杆间的配合形成凸轮副传动。

当凸轮盘包括两个或两个以上时，通过凸轮切换机构的作用，能使每个凸轮盘均滑移并锁定在顶杆的正上方。

上述凸轮盘的轮廓线能与顶杆的顶端配合构成凸轮副传动。对于一个凸轮盘，可以采用一条轮廓线实现多个加工模式，也可以采用不同轮廓线实现不同加工模式。

上述凸轮盘的轮廓线优选具有如下两种优选实施例。

轮廓线实施例1

凸轮盘的外周面上设置的轮廓线如图6所示，包括若干个卡槽522，优选为4个，每个卡槽均能与顶杆的顶端相卡合，顶杆的底端与摆动架相铰接。

卡槽间采用曲线过度；相邻两个卡槽所呈的径向夹角为90°；四个卡槽对应四个加工模式。

图6中，在距离中心不同距离Ri，不同角度位置处设置卡槽，每个卡槽间采用曲线过度。每一个卡槽对应一个加工模式，如A0为全行程加工模式，A1为某板厚的快速冲裁模式，A2为某板厚的重载冲裁模式。

当顶杆与位于顶杆正上方凸轮盘中的一个卡槽相卡合，能够实现顶杆高度的调整，进而当冲头接触板材时，能实现曲柄与连杆间夹角的调整，即不同増力特性和不同增速特性的调整，同时适应不同冲裁板厚的变化。

当冲头接触板材时，曲柄与连杆之间所呈的锐形夹角越大，増力越小，增速越大，当曲柄与连杆相垂直时，增速最大，冲裁速度最快；曲柄与连杆之间所呈的锐形夹角越小，増力越大，增速越小。

如图6和图11所示，凸轮盘的A0位置与顶杆上端卡合，当曲柄与连杆共线不重合时，为下极限位置，如图11所示；当曲柄与连杆共线重合时，为上极限位置，如图12所示。

冲裁力通常为瞬间的冲击载荷，即一般冲头进入板材的1/3~1/2冲裁力消失，所以，机构的增力特性与增速特性仅考虑冲头接触板材时的曲柄与连杆的角度即可。

与传统的压力机不同，电冲头加工时，在伺服电机的驱动下曲柄仅仅在小角度内摆动（相对应的冲头仅在小范围内往复运动），以达到快速加工的目的，同时冲头（安装在滑块下端）的位置是可控的；而传统压力机，在交流异步电机的驱动下曲柄作连续的完整的圆周运动，加工效率低，能耗高，冲头的位置不可控。

通过凸轮盘不同角度和顶杆高度的调整，对冲头接触板材时曲柄和连杆间的角度进行调整，以获得不同的增速和增力特性。

当冲头接触板材时，曲柄与连杆间的夹角决定了机构的增力、增速特性。也即当冲头接触板材时，曲柄与连杆之间所呈的锐形夹角越大，増力越小，增速越大，当曲柄与连杆相垂直时，增速最大，冲裁速度最快；曲柄与连杆之间所呈的锐形夹角越小，増力越大，增速越小。

轮廓线实施例2

凸轮盘的外周面上设置的轮廓线如图7和图8所示，为样条曲线，样条曲线由6个插值点拟合而成，相邻两个插值点间隔的角度为60°。每个插值点间的径向增量（d）相同，压力角（θ）相同。

每个插值点对应一个加工模式；六个插值点对应六个加工模式。

即当凸轮盘匀速转动时，顶杆能匀速运动，实现大行程恒力加工模式。

加工模式主要为如下三种：

一、柔性加工模式

曲柄连杆机构和凸轮机构同时动作，两个动作合成一个复杂的滑块运动曲线，具有很高的加工柔性，滑块的运动曲线可根据具体零件的加工需求而改变。

二、快速或重载加工模式

凸轮机构调整到特定位置后，锁定，曲柄连杆运动，完成特定板厚的快速、重载加工模式。如凸轮盘采用实施例1中的轮廓曲线时，顶杆卡在某个卡槽内。

三、大行程恒力加工模式

曲柄连杆机构在特定位置（也即当曲柄连杆位于同一直线位置）锁定，凸轮机构运动，实现大行程恒力加工模式。如凸轮盘采用实施例2中的轮廓曲线。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有多加工模式的数控冲床主传动机构，其特征在于：包括冲裁装置和増力增速调整装置；

冲裁装置包括能竖向滑移的滑块；

増力增速调整装置包括曲柄连杆机构、摆动架和凸轮机构；摆动架设置在曲柄连杆机构和凸轮机构之间，且摆动架分别与滑块、曲柄连杆机构和凸轮机构相铰接；

曲柄连杆机构包括曲柄和连杆，连杆的一端与曲柄的转动轴相铰接，连杆的另一端与摆动架相铰接；

凸轮机构包括凸轮轴、凸轮组、凸轮驱动装置、顶杆和支撑杆；

凸轮轴能在凸轮驱动装置的驱动作用下，进行转动；

凸轮组包含至少一个凸轮盘，凸轮盘的轮廓线能与顶杆的顶端配合构成凸轮副传动；

顶杆的底端与支撑杆相铰接，支撑杆的另一端与摆动架相铰接；

凸轮盘的轮廓线为样条曲线，样条曲线由6个插值点拟合而成，每个插值点间的径向增量相同，压力角相同。

2.根据权利要求1所述的具有多加工模式的数控冲床主传动机构，其特征在于：凸轮机构还包括凸轮切换机构；凸轮组包括至少两个凸轮盘，凸轮盘之间均为刚性连接；凸轮组同轴套装在凸轮轴上；凸轮组能在凸轮切换机构的作用下，沿着凸轮轴的轴向进行滑移并锁定；当凸轮组与凸轮轴相锁定时，凸轮组能随着凸轮轴同步转动。

3.根据权利要求2所述的具有多加工模式的数控冲床主传动机构，其特征在于：相邻两个凸轮盘之间设置有拨动间隙；凸轮切换机构包括丝杠、切换电机和拨叉；切换电机能驱动丝杠转动，拨叉的一端与丝杠螺纹连接，拨叉的另一端伸入任一个拨动间隙内。

4.根据权利要求3所述的具有多加工模式的数控冲床主传动机构，其特征在于：凸轮切换机构还包括与凸轮轴相平行设置的导杆，该导杆与拨叉滑动连接。

5.根据权利要求1所述的具有多加工模式的数控冲床主传动机构，其特征在于：凸轮盘的外周面上设置有四个卡槽，每个卡槽均能与顶杆的顶端相卡合，卡槽间采用曲线过度，相邻两个卡槽所呈的径向夹角为90°；四个卡槽对应四个加工模式。

6.根据权利要求5所述的具有多加工模式的数控冲床主传动机构，其特征在于：当顶杆与位于顶杆正上方凸轮盘中的一个卡槽相卡合，能够实现顶杆高度的调整，进而当冲头接触板材时，能实现曲柄与连杆间夹角的调整，即不同増力特性和不同增速特性的调整，同时适应不同冲裁板厚的变化。

7.根据权利要求6所述的具有多加工模式的数控冲床主传动机构，其特征在于：当冲头接触板材时，曲柄与连杆之间所呈的锐形夹角越大，増力越小，增速越大，当曲柄与连杆相垂直时，增速最大，冲裁速度最快；曲柄与连杆之间所呈的锐形夹角越小，増力越大，增速越小。

8.根据权利要求1所述的具有多加工模式的数控冲床主传动机构，其特征在于：当凸轮盘匀速转动时，顶杆能匀速运动，实现大行程恒力加工模式。

9.根据权利要求1所述的具有多加工模式的数控冲床主传动机构，其特征在于：凸轮驱动装置包括凸轮轴驱动电机、同步带轮和同步带；凸轮轴驱动电机通过同步带轮和同步带与凸轮轴相连接。