CN106734500A - 一种伺服电机驱动主运动的机械式高速精冲压力机主机 - Google Patents

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刘艳雄
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Abstract

本发明公开了一种伺服电机驱动主运动的机械式高速精冲压力机主机,包括机架、主冲压装置以及驱动装置;其中,所述驱动装置包括直驱伺服电机和行星减速器;所述主冲压装置包括从下至上依次设置的肘杆机构、滑块、下工作台和上工作台,所述肘杆机构与所述滑块的底部铰接,所述滑块可上下移动的安设于所述机架内侧,所述下工作台固定安装在所述滑块的上方,所述上工作台安设于所述机架内侧且位于下工作台的上方;所述直驱伺服电机连同行星减速器驱动肘杆机构带动滑块上下往复运动以提供主冲裁变形力和主冲裁运动,所述主冲裁运动包括高速冲裁模式和点动模式。本发明可得到优化的滑块运动特性曲线、速度特性曲线及其他运动力学性能。

Description

一种伺服电机驱动主运动的机械式高速精冲压力机主机
技术领域
本发明属于精冲压力机技术领域,具体涉及一种伺服电机驱动主运动的机械式高速精冲压力机主机。
背景技术
精冲技术被广泛应用于机械、电子、汽车以及航空航天等领域,而精冲压力机则是完成精冲工艺和精冲复合工艺的专用冲裁设备。按照主传动系统结构分类,精冲压力机可分为机械式精冲压力机(主传动系统采用机械传动)和液压式精冲压力机(主传动系统采用液压传动)。传统的机械式精冲压力机采用普通电机驱动,不仅结构复杂、滑块运动曲线不可调节,而且冲裁吨位小、只能生产小而薄的简单精冲件。而目前使用最为广泛的全液压式精冲压力机,虽然大大提高了精冲的冲裁吨位,但其生产效率低下,且存在封闭高度重复精度低、液压系统易漏油等难以解决的问题。
伺服电机作为一种先进的控制元件,可以将电信号转化为转矩和转速以驱动控制对象,并且具有极高的速度和位置控制精度。随着伺服电机技术的发展成熟和广泛应用,本申请将伺服电机用于精冲压力机技术领域,以解决现有精冲压力机的不足,并实现高速精冲。
发明内容
为解决上述背景技术中存在的不足,本发明提供一种伺服电机驱动主运动的机械式高速精冲压力机主机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种伺服电机驱动主运动的机械式高速精冲压力机主机,该精冲压力机主机包括机架、设置在所述机架内的主冲压装置以及设置在所述机架外的驱动装置;其中,
所述驱动装置包括相连接的直驱伺服电机和行星减速器,所述行星减速器的输出轴伸入机架设置;
所述主冲压装置包括从下至上依次设置的肘杆机构、滑块、下工作台和上工作台,所述肘杆机构包括驱动杆、连杆、第一肘杆和第二肘杆,所述驱动杆的一端与行星减速器的输出轴铰接,其另一端与连杆的一端铰接,所述连杆的另一端分别与第一肘杆的一端、第二肘杆的一端铰接,所述第一肘杆的另一端与机架底部铰接,所述第二肘杆的另一端与所述滑块的底部铰接,所述滑块可上下移动的安设于所述机架内侧,所述下工作台固定安装在所述滑块的上方,所述上工作台安设于所述机架内侧且位于下工作台的上方;
所述直驱伺服电机连同行星减速器驱动肘杆机构带动滑块上下往复运动以提供主冲裁变形力和主冲裁运动,所述主冲裁运动包括高速冲裁模式和点动模式,所述高速冲裁模式为驱动杆在一定弧度范围内做往复运动,使滑块不经过下死点位置,而是在一个弧度范围内从最低点位置运动到最高点位置再返回最低点位置,所述点动模式为驱动杆做圆周运动,使滑块按给定速度和位移点动到要求位置。
按上述技术方案,所述滑块与下工作台内设置有反顶机构以提供反顶力和顶料运动,所述反顶机构包括设置在滑块内的反顶油缸、嵌套于所述下工作台内且与所述反顶油缸的反顶活塞连接的下垫块以及穿过所述下垫块与滑块接触的下撑杆。
按上述技术方案,该精冲压力机主机还包括设置在所述机架内的压边机构,以提供压边力和压边运动,所述压边机构包括固定安装在所述上工作台上方的压边油缸、嵌套于所述上工作台内且与所述压边油缸的压边活塞连接的上垫块,以及穿过所述上垫块与压边油缸接触的上撑杆。
按上述技术方案,所述上工作台可上下移动的安设于所述机架内侧,所述机架内还安装有用于调节上工作台封闭高度的封闭高度调节装置,所述封闭高度调节装置包括固定安装在机架内侧的涡轮座、设置在所述涡轮座内的蜗轮蜗杆以及与所述涡轮蜗杆相配合的大螺帽,所述大螺帽与压边油缸的外周之间通过螺纹连接,所述涡轮蜗杆在外力作用下带动大螺帽旋转进而带动压边油缸连同上工作台上下移动。
按上述技术方案,所述机架的顶部设置有机械间隙消除装置,所述机械间隙消除装置包括固定安装在机架顶部内的多个液压缸以及设置在所述机架外与各个液压缸的活塞连接的连接杆,所述连接杆与压边油缸的顶部固定连接。
按上述技术方案,所述滑块与机架之间设置有下导向机构。
按上述技术方案,所述下导向机构为采用过盈配合的滚柱导向机构。
按上述技术方案,所述上工作台与机架之间设置有上导向机构。
按上述技术方案,所述上导向机构位采用带楔块的八面导向机构,其楔块通过螺栓与上工作台连接。
按上述技术方案,所述机架的外部两侧位于上、下工作台之间分别安装有进料机构和出料机构。
本发明,具有以下有益效果:本发明的主传动系统采用肘杆传动,具有增力效果,可提高压力机的冲裁吨位,最高冲裁吨位可达350吨;另外,主传动系统采用伺服电机驱动,通过输入合适的伺服电机驱动模式,可得到优化的滑块运动特性曲线、速度特性曲线及其他运动力学性能,从而满足各种生产工艺对滑块运动规律的不同要求。本发明大大提升了精冲压力机的工作效率,空载频率可达250次/分钟(冲程10mm)。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明实施例的结构示意图;
图2是本发明实施例中肘杆机构的结构示意图;
图3a是本发明实施例的快速冲裁模式中驱动杆在A1点的位置示意图;
图3b是本发明实施例的快速冲裁模式中驱动杆在B1点的位置示意图;
图3c是本发明实施例的快速冲裁模式中驱动杆在C1点的位置示意图。
图中:1-机架、2-封闭高度调节装置、2.1-蜗轮蜗杆、2.2-大螺帽、2.3-涡轮座、3-上导向机构、4-进料机构、5-下工作台、6-下垫块、7-直驱伺服电机、8-行星减速器、9-肘杆机构、9.1-驱动杆、9.2-连杆、9.3-第一肘杆、9.4-第二肘杆、10-反顶油缸、11-反顶活塞、12-滑块、13-下导向机构、14-下撑杆、15-出料机构、16-上垫块、17-上工作台、18-上撑杆、19-压边活塞、20-压边油缸、21-机械间隙消除装置、21.1-液压缸、21.2-连接杆、21.3-活塞。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明的较佳实施例中,如图1、图2所示,一种伺服电机驱动主运动的机械式高速精冲压力机主机,该精冲压力机主机包括机架1、设置在机架1内的主冲压装置以及设置在机架1外的驱动装置,本实施例中,机架1为厚板焊接框架式结构;其中,
驱动装置包括相连接的直驱伺服电机7和行星减速器8,行星减速器8的输出轴伸入机架1设置;
主冲压装置包括从下至上依次设置的肘杆机构9、滑块12、下工作台5和上工作台17,肘杆机构9包括驱动杆9.1、连杆9.2、第一肘杆9.3和第二肘杆9.4,驱动杆9.1的一端与行星减速器8的输出轴铰接,其另一端与连杆9.2的一端铰接,连杆9.2的另一端分别与第一肘杆9.3的一端、第二肘杆9.4的一端铰接,第一肘杆9.3的另一端与机架1底部铰接,第二肘杆9.4的另一端与滑块12的底部铰接,滑块12可上下移动的安设于机架1内侧,下工作台5固定安装在滑块12的上方,上工作台17安设于机架1内侧且位于下工作台5的上方;
直驱伺服电机7连同行星减速器8驱动肘杆机构9带动滑块12上下往复运动以提供主冲裁变形力和主冲裁运动,主冲裁运动包括高速冲裁模式和点动模式,高速冲裁模式为驱动杆9.1在一定弧度范围内做往复运动,使滑块12不经过下死点位置,而是在一个弧度范围内从最低点位置运动到最高点位置再返回最低点位置,点动模式为驱动杆9.1做圆周运动,使滑块12按给定速度和位移点动到要求位置。
在本发明的优选实施例中,如图1所示,滑块12与下工作台5内设置有反顶机构以提供反顶力和顶料运动,反顶机构包括设置在滑块12内的反顶油缸10、嵌套于下工作台5内且与反顶油缸10的反顶活塞11连接的下垫块6以及穿过下垫块6与滑块12接触的下撑杆14。
在本发明的优选实施例中,如图1所示,该精冲压力机主机还包括设置在所述机架内的压边机构,以提供压边力和压边运动,压边机构包括固定安装在上工作台17上方的压边油缸20、嵌套于上工作台17内且与压边油缸20的压边活塞19连接的上垫块16,以及穿过上垫块16与压边油缸20接触的上撑杆18。
在本发明的优选实施例中,如图1所示,上工作台17可上下移动的安设于机架1内侧,机架1内安装有用于调节上工作台封闭高度的封闭高度调节装置2,封闭高度调节装置2包括固定安装在机架1内侧的涡轮座2.3、设置在涡轮座2.3内的蜗轮蜗杆2.1以及与涡轮蜗杆相配合的大螺帽2.2,大螺帽2.2与压边油缸20的外周之间通过螺纹连接,涡轮蜗杆在外力作用(本实施例中由步进式电机提供动力)下带动大螺帽2.2旋转进而带动压边油缸20连同上工作台17上下移动,以调节上工作台17在竖直方向的位置,实现封闭高度的调节。
在本发明的优选实施例中,如图1所示,机架1的顶部设置有机械间隙消除装置21,机械间隙消除装置21包括固定安装在机架1顶部内的多个液压缸21.1以及设置在机架1外与各个液压缸21.1的活塞21.3连接的连接杆21.2,连接杆21.2与压边油缸20的顶部固定连接。工作过程中,通过液压缸21.1提供的液压力将压边油缸20向上提升锁紧,以消除螺纹连接部位的机械间隙,提高冲裁精度。
在本发明的优选实施例中,如图1所示,滑块12与机架1之间设置有下导向机构13,其中,下导向机构13为采用过盈配合的滚柱导向机构,它具有一定刚度,运动阻力小,导向精度高且维护工作量少。
在本发明的优选实施例中,如图1所示,上工作台17与机架1之间设置有上导向机构3,其中,上导向机构3位采用带楔块的八面导向机构,其楔块通过螺栓与上工作台17连接,用于调整初始安装时的导向间隙及松紧程度。
在本发明的优选实施例中,如图1所示,机架1的外部两侧位于上工作台17和下工作台5之间分别安装有进料机构4和出料机构15。
本发明在工作时由直驱伺服电机连同行星减速器驱动肘杆机构运动并带动滑块运动提供主冲裁变形力和主冲裁运动,通过输入合适的伺服电机驱动模式,可得到优化的压力机滑块运动特性曲线和速度特性曲线,以及其他运动力学性能;而压边力和压边运动、反顶力和顶料运动则采用液压方式提供,使得压边力和反顶力无级可调,且容易实现顶件和卸料不同步。
本发明拥有两种工作模式:高速冲裁模式和点动模式。如图3a、图3b、图3c所示,可见高速冲裁模式在不同时刻的3个位置示意,即驱动杆不做圆周运动,滑块不经过下死点位置,根据优化的滑块运动曲线对伺服电机进行运动编程,使驱动杆的活动端从A1点转动到B1点再转动到C1点,此时,第一肘杆和第二肘杆交点在连杆带动下,从A2点转动到B2点再转动到C2点,而滑块则从最低点位置运动到最高点位置再回到最低点位置,完成一次冲裁,之后,驱动杆的活动端从C1点返回A1点,又完成一次冲裁。点动模式即驱动杆做圆周运动,按给定速度和位移点动到要求位置。
本发明中上工作台及滑块均采用高精度导向装置、压边油缸采用液压方式锁紧,以及伺服电机的精确控制等,这些措施均大大提升了压力机的封闭高度调节精冲(可达±0.008mm)及冲裁精度。
本实施例中,其主要性能参数为:主电机(直驱伺服电机)额定功率为165kw、额定扭矩为4000Nm、最大扭矩为8000Nm,行星减速器速比为6.3;主冲裁力为350吨,压边力最大为90吨,反顶力最大为65吨,可冲裁最大板厚为10mm;滑块行程为0~90mm,压边行程为20mm,反顶行程为20mm,齿圈调节行程为60mm;空载频率可达250次/分(冲程10mm),实际冲裁频率可达90次/分。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种伺服电机驱动主运动的机械式高速精冲压力机主机,其特征在于,该精冲压力机主机包括机架、设置在所述机架内的主冲压装置以及设置在所述机架外的驱动装置;其中,
所述驱动装置包括相连接的直驱伺服电机和行星减速器,所述行星减速器的输出轴伸入机架设置;
所述主冲压装置包括从下至上依次设置的肘杆机构、滑块下工作台和上工作台,所述肘杆机构包括驱动杆、连杆、第一肘杆和第二肘杆,所述驱动杆的一端与行星减速器的输出轴铰接,其另一端与连杆的一端铰接,所述连杆的另一端分别与第一肘杆的一端、第二肘杆的一端铰接,所述第一肘杆的另一端与机架底部铰接,所述第二肘杆的另一端与所述滑块的底部铰接,所述滑块可上下移动的安设于所述机架内侧,所述下工作台固定安装在所述滑块的上方,所述上工作台安设于所述机架内侧且位于下工作台的上方;
所述直驱伺服电机连同行星减速器驱动肘杆机构带动滑块上下往复运动以提供主冲裁变形力和主冲裁运动,所述主冲裁运动包括高速冲裁模式和点动模式,所述高速冲裁模式为驱动杆在一定弧度范围内做往复运动,使滑块不经过下死点位置,而是在一个弧度范围内从最低点位置运动到最高点位置再返回最低点位置,所述点动模式为驱动杆做圆周运动,使滑块按给定速度和位移点动到要求位置。
2.根据权利要求1所述的精冲压力机主机,其特征在于,所述滑块与下工作台内设置有反顶机构,以提供反顶力和顶料运动,所述反顶机构包括设置在滑块内的反顶油缸、嵌套于所述下工作台内且与所述反顶油缸的反顶活塞连接的下垫块以及穿过所述下垫块与滑块接触的下撑杆。
3.根据权利要求1所述的精冲压力机主机,其特征在于,该精冲压力机主机还包括设置在所述机架内的压边机构,以提供压边力和压边运动,所述压边机构包括固定安装在所述上工作台上方的压力油缸、嵌套于所述上工作台内且与所述压边油缸的压边活塞连接的上垫块以及穿过所述上垫块与压边油缸接触的上撑杆。
4.根据权利要求3所述的精冲压力机主机,其特征在于,所述上工作台可上下移动的安设于所述机架内侧,所述机架内安装有用于调节上工作台封闭高度的封闭高度调节装置,所述封闭高度调节装置包括固定安装在机架内侧的涡轮座、设置在所述涡轮座内的蜗轮蜗杆以及与所述涡轮蜗杆相配合的大螺帽,所述大螺帽与压边油缸的外周之间通过螺纹连接,所述涡轮蜗杆在外力作用下带动大螺帽旋转进而带动压边油缸连同上工作台上下移动。
5.根据权利要求3或4所述的精冲压力机主机,其特征在于,所述机架的顶部设置有机械间隙消除装置,所述机械间隙消除装置包括固定安装在机架顶部内的多个液压缸以及设置在所述机架外与各个液压缸的活塞连接的连接杆,所述连接杆与压边油缸的顶部固定连接。
6.根据权利要求1所述的精冲压力机主机,其特征在于,所述滑块与机架之间设置有下导向机构。
7.根据权利要求6所述的精冲压力机主机,其特征在于,所述下导向机构为采用过盈配合的滚柱导向机构。
8.根据权利要求1所述的精冲压力机主机,其特征在于,所述上工作台与机架之间设置有上导向机构。
9.根据权利要求8所述的精冲压力机主机,其特征在于,所述上导向机构位采用带楔块的八面导向机构,其楔块通过螺栓与上工作台连接。
10.根据权利要求1所述的精冲压力机主机,其特征在于,所述机架的外部两侧位于上、下工作台之间分别安装有进料机构和出料机构。
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