CN111906229A - 一种顶料定长电动伺服调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶料定长电动伺服调节装置及方法，所述顶料定长电动伺服调节装置包括：主顶料系统包括动力装置、顶料缸、底板和顶杆；动力装置与顶料缸传动连接；顶杆包括大径段和小径段，小径段由上而下贯穿空心活塞杆，使得大径段承托于空心活塞杆的上端；行程调节系统包括顶板、盖板、伺服电机、减速机、第一连接轴和空心调整螺杆；顶板设于空心调整螺杆，顶板与小径段的下端相抵接；空心调整螺杆与盖板螺接；第一连接轴的上端与空心调整螺杆花键配合；第一连接轴的下端与减速机连接，减速机与伺服电机传动连接；伺服控制系统与伺服电机连接，以根据加工需求调节顶板升降顶杆的调节距离。本发明快捷、高精度实现顶料行程的无级调整。

Description

一种顶料定长电动伺服调节装置及方法

技术领域

本发明属于锻造压力机顶料装置技术领域，更具体地，涉及一种顶料定长电动伺服调节装置及方法。

背景技术

在锻造过程中，材料通过锻造压力机模锻成形后，需通过顶料装置将工件从模具模腔脱料顶出，目前一般采用液压缸或气动缸顶出。常规的顶料装置一旦确定，顶料行程调整很麻烦，要么通过更换不同长度顶杆，或钻入地坑调节顶料缸外调节杆上的螺母，调整顶料行程也很难一次到位，费时、费力，且会造成很多废品。但对于精密的锻件生产，精确的顶料行程控制对于整个锻造生产过程尤为重要，需要严密监测产品尺寸公差变化来适时地微调顶料行程，才能很好地保证产品的一致性和高质量，因此，如果将常规的顶料装置应用于精密的锻件生产，因需要严密监测产品尺寸公差变化来适时地微调顶料行程，将会大大增加了常规的顶料装置的调整次数，而每次调整很难一次到位，将会大大增加顶料行程调整的工作量、繁琐度、时耗，同时大大降低了锻造压力机的生产效率，且产品的一致性和高质量同样难以保证。因此，本领域技术人员急需研发出一种能够快捷、高精度实现顶料行程无级调整的顶料装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种顶料定长电动伺服调节装置及方法，从而快捷、高精度实现顶料行程的无级调整。

本发明提供了一种顶料定长电动伺服调节装置，包括：

主顶料系统、行程调节系统和伺服控制系统；

所述主顶料系统包括动力装置、顶料缸、底板和顶杆；所述动力装置与所述顶料缸传动连接，使得所述顶料缸的空心活塞杆可沿顶料方向做往复运动；所述顶杆包括大径段和小径段，所述小径段由上而下贯穿所述空心活塞杆，使得所述大径段承托于所述空心活塞杆的上端；所述底板将所述主顶料系统安装于锻造设备下方的地坑内；

所述行程调节系统包括顶板、盖板、伺服电机、减速机、第一连接轴和空心调整螺杆；所述顶板设于所述空心调整螺杆，且所述顶板与所述小径段的下端相抵接；所述空心调整螺杆与所述盖板螺接且与所述顶杆同轴设置；所述第一连接轴的上端与所述空心调整螺杆花键配合；所述第一连接轴的下端与所述减速机的输出端连接，所述减速机与所述伺服电机传动连接；所述伺服电机带动所述减速机的输入端转动，所述第一连接轴跟随所述减速机的输出端转动，所述空心调整螺杆在花键的作用下螺旋升降，使得所述顶板带动所述顶杆升降；所述行程调节系统通过所述盖板安装于所述底板；

所述伺服控制系统与所述伺服电机连接，以根据加工需求调节所述顶板升降所述顶杆的调节距离。

可选地，所述底板和所述盖板之间设有联接体，所述联接体包括同轴设置的第一圆环体、圆筒体和第二圆环体；所述第一圆环体和所述第二圆环体分设于所述圆筒体的两端；所述第一圆环体与所述底板连接，所述第二圆环体与所述盖板连接；所述顶杆套设于所述第一圆环体、圆筒体的内部空间。

可选地，所述第一连接轴与所述减速机的输出端通过平键连接；所述第一连接轴套设有第一止推部，以限制所述第一连接轴沿其轴线方向运动。

可选地，所述小径段套设有第二止推部，以限定所述顶板顶升所述顶杆的调节距离的最大值。

可选地，所述伺服控制系统包括人机交互界面、控制系统和用于监测所述空心调整螺杆的位移距离的位移传感器；所述人机交互界面和所述位移传感器分别与所述控制系统连接。

可选地，所述顶板包括同轴设置的抵接柱体、连接环体和密封环壁；所述抵接柱体的上端与所述顶杆抵接，所述抵接柱体的下端与所述空心调整螺杆连接；所述连接环体套设于所述抵接柱体的外侧，所述密封环壁由所述连接环体的外周壁朝向所述盖板一侧延展形成；所述盖板朝向所述顶杆一侧凸起有圆环壁面；所述密封环壁套设于所述圆环壁面的外侧，且所述密封环壁和所述圆环壁面之间设有密封圈，使得所述密封环壁可沿所述圆环壁面密封滑动。

可选地，所述行程调节系统还包括支架、第二连接轴、联轴器、直角换向器和第三连接轴；所述伺服电机安装于所述支架，使得所述伺服电机安装于地坑之上；所述伺服电机依次通过所述第二连接轴、所述联轴器与所述直角换向器传动连接，所述直角换向器通过所述第三连接轴与所述减速机传动连接。

可选地，还包括液位传感器和液位报警器，所述液位传感器与所述液位报警器连接；所述液位传感器设于所述地坑内，当所述液位传感器检测到的液位值大于预设值时，所述液位报警器发出警示提示。

本发明还提供了一种顶料定长电动伺服调节方法，其适用于上述任意一项所述的顶料定长电动伺服调节装置，包括步骤：

S1，伺服控制系统获取根据加工需求顶板升降顶杆的调节距离；

S2，所述伺服控制系统根据所述调节距离控制伺服电机的启闭，使得所述顶板以所述调节距离升降所述顶杆；

S3，动力装置带动顶料缸动作，使得顶料缸的空心活塞杆带动顶杆做顶料运动。

可选地，还包括步骤：

S4，液位传感器检测地坑的液位值；

当所述液位值高于预设值时，执行步骤：

S5，液位报警器发出警示提示。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明中，通过伺服电机带动减速机传递扭矩，通过第一连接轴与空心调整螺杆之间的花键带动一起正、反向旋转，并通过空心调整螺杆与盖板之间的螺旋副，便可实现空心螺杆旋转向上、向下运动，进而实现顶杆的大径段的下端与空心活塞杆的上端之间的间隙尺寸调整，使得顶料定长的顶料缸也能够实现顶料行程的适时调节，满足特别是精密的锻件对顶料行程的精确控制和适时调节的加工需求，从而保证锻造压力机加工出的产品的高一致性和高质量；更优的，本发明可根据加工要求自动智能化快捷、高精度地实现顶料行程的无级调整，且调节精度达到0.1mm。

2.本发明中，通过联接体保证了底板和盖板之间的连接强度和结构强度，同时联接体套设于顶杆外侧，有效保证外界环境与顶杆、螺旋副、花键之间的有效隔绝，降低外界杂质(锻造压力机生产过程中产生的冷却液、灰渣等)侵入传动部件，保证各个部件传动的有效配合；更优的，通过第一止推部实现了顶杆顶升距离最大化的限定，机械限制顶料行程的范围距离，提高了本发明的运行稳定性和可靠性；更优的，通过第二止推部确保第一连接轴的轴向位移，以限制第一连接轴仅能做旋转运动，确保传动的精准性、有效性和可靠性，保证了本发明的调节精度。

3.本发明中，伺服电机安装位置高于地坑，有效避免锻造压力机加工过程中产生的冷却液侵入伺服电机而使得伺服电机烧坏，降低了伺服电机的故障率，保证伺服电机的长久有效工作；更优的，通过在顶板和盖板之间设置密封圈，有效避免锻造压力机加工过程中产生的冷却液流入花键、螺旋副，从而避免花键、螺旋副因冷却液的流入而出现腐蚀、生锈等不良现象，保证花键、螺旋副的长久有效工作，确保调节过程安全、可靠；更优的，通过在地坑内设置报警机制，保证地坑内的液位始终在安全高度范围内，确保本发明的长久有效运行。

附图说明

图1为本发明的顶料定长电动伺服调节装置一种实施例结构示意图；

图2为本发明的顶料定长电动伺服调节装置另一种实施例结构示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-螺钉一、2-底板、3-顶料缸、31-空心活塞杆、4-顶杆、41-大径段、42-小径段、5-螺钉二、6-联接体、61-第一圆环体、62-圆筒体、63-第二圆环体、7-弹性挡圈一、8-顶板、81-抵接柱体、82-连接环体、83-密封环壁、9-盖板、91-圆环壁面、10-螺钉三、11-螺钉四、12-伺服电机、13-涡轮蜗杆减速机、14-第一连接轴、15-弹性挡圈二、16-平键、17-空心调整螺杆、18-接近开关、19-密封圈、20-第二连接轴、21-联轴器、22-支架、23-螺钉五、24-直角换向器、25-液位报警器、26-第三连接轴、27-封板、A-缸顶料行程、B-调节距离最大值。

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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。为了便于说明，本文中的上、下为所描述的附图的上、下，不完全代表实际情况。

在本发明的一种实施例中，如图1所示，一种顶料定长电动伺服调节装置，包括：主顶料系统、行程调节系统和伺服控制系统；主顶料系统包括动力装置、顶料缸3、底板2和顶杆4；动力装置与顶料缸3传动连接，使得顶料缸3的空心活塞杆31可沿顶料方向做往复运动；顶杆4包括大径段41和小径段42，小径段42由上而下贯穿空心活塞杆31，使得大径段41承托于空心活塞杆31的上端；底板2将主顶料系统安装于锻造设备下方的地坑内；行程调节系统包括顶板8、盖板9、伺服电机12、减速机、第一连接轴14和空心调整螺杆17；顶板8设于空心调整螺杆17，且顶板8与小径段42的下端相抵接；空心调整螺杆17与盖板9螺接且与顶杆4同轴设置；第一连接轴14的上端与空心调整螺杆17花键配合；第一连接轴14的下端与减速机的输出端连接，减速机与伺服电机12传动连接；伺服电机12带动减速机的输入端转动，第一连接轴14跟随减速机的输出端转动，空心调整螺杆17在花键的作用下螺旋升降，使得顶板8带动顶杆4升降；行程调节系统通过盖板9安装于底板2；伺服控制系统与伺服电机12连接，以根据加工需求调节顶板8升降顶杆4的调节距离。

在实际应用中，当大径段41的下端面与空心活塞杆31的上端面相抵接时，由于顶料缸3的顶料行程为定长，则此时顶杆4的顶料行程最大，为顶料缸3的缸顶料行程A；当需要调节顶料行程时，通过伺服控制系统获取加工要求(即调节距离)，并根据调节距离将顶杆4朝上顶升，使得大径段41的下端面与空心活塞杆31的上端面之间沿上下方向形成间距，该间距的距离值等于调节距离，则当顶料缸3再次顶升时，因该间距的存在，顶料缸3的空心活塞杆31将具有等距(即调节距离)的空行程(此过程中，顶杆4并未因顶料缸3的动作而发生轴向位移，此后仅当大径段41的下端面与空心活塞杆31的上端面再次抵接时，当顶料缸3继续上行时才会带动顶杆4上行，则此时顶杆4的顶料行程为刚顶料行程A与调节距离的差。值得说明的是，动力装置可为液压动力装置或气压动力装置，对应的，顶料缸3为液压缸或气压缸。当顶杆4与空心活塞杆31的摩擦系数够大时，顶杆4也可为一直杆，但也应属于本发明的保护范围。为了使得顶杆4的顶料行程可在一定范围值内任意变动，顶板8与顶杆4的连接关系可为固定或拆卸式连接或接触式连接。同样的，顶板8与空心调整螺纹杆17也可为固定或拆卸式连接或接触式连接。

可选地，底板2和盖板9之间设有联接体6，联接体6包括同轴设置的第一圆环体61、圆筒体62和第二圆环体63；第一圆环体61和第二圆环体63分设于圆筒体62的两端；第一圆环体61与底板2连接，第二圆环体63与盖板9连接；顶杆4套设于第一圆环体61、圆筒体62的内部空间。当然，在实际应用中，联接体6可为独立的部件或者与底板2和/或盖板9一体成型均可。联接体6还可为直筒结构，其与底板2和盖板9的连接直接通过连接件连接即可，优选地，联接体6与底板2通过螺钉一1连接，联接体6与盖板9通过螺钉三10连接；顶料缸3与底板2通过螺钉二5连接；减速机与盖板9通过螺钉四11连接。当然，螺钉(螺钉一1、螺钉二5、螺钉三10和螺钉四11)还可为其他类型的连接件，如螺栓、铆接等均可。伺服电机12安装于减速机的外壳上的安装位上，本实施例中，伺服电机12和减速机均安装于盖板9远离底板2一侧的下端面，使得伺服电机12和减速机均容设于地坑内。优选地，减速机为涡轮蜗杆减速机13等可实现低速大转矩带动第一连接轴14旋转的减速机即可。

可选地，第一连接轴14与减速机的输出端通过平键16连接；第一连接轴14套设有第一止推部，以限制第一连接轴14沿其轴线方向运动。优选地，第一止推部为弹性挡圈二15，其套设于第一连接轴14朝向突起于减速机的下端的端部。当然，第一止推部在其他实施例还可为一定位销轴或刚性挡圈、法兰等部件均可。

可选地，小径段42套设有第二止推部，以限定顶板8顶升顶杆4的调节距离的最大值。通过小径段42朝下突起于空心活塞杆31的下端的端部套设第二止推部，则第二止推部与空心活塞杆31的下端面之间的距离为顶杆4可调的调节距离最大值B，则此时顶杆4的顶料行程范围为(缸顶料行程A-调节距离最大值B)至调节距离最大值A之间，通过机械限位进一步限制顶杆4的顶料行程的限定，确保本发明运行的稳定性和可靠性。第二止推部优选为弹性挡圈一7，当然，第二止推部在其他实施例还可为一定位销轴或刚性挡圈、法兰等部件均可。

可选地，伺服控制系统包括人机交互界面、控制系统和用于监测空心调整螺杆17的位移距离的位移传感器；人机交互界面和位移传感器分别与控制系统连接。在实际应用中，位移传感器可根据需要为用于检测空心调整螺杆17距离零点的距离的接近开关18(可直接根据接近开关18检测到的数据控制伺服电机12的启闭)或为检测伺服电机12转动角度的角运动检测装置(此时需要将调整距离和伺服电机12的转动角度进行换算以控制伺服电机12的启闭)，如陀螺仪、编码器等。

在本发明的另一实施例中，如图2所示，在上述实施例的基础上，顶板8包括同轴设置的抵接柱体81、连接环体82和密封环壁83；抵接柱体81的上端与顶杆4抵接，抵接柱体81的下端与空心调整螺杆17连接；连接环体82套设于抵接柱体81的外侧，密封环壁83由连接环体82的外周壁朝向盖板9一侧延展形成；盖板9朝向顶杆4一侧凸起有圆环壁面91；密封环壁83套设于圆环壁面91的外侧，且密封环壁83和圆环壁面91之间设有密封圈19，使得密封环壁83可沿圆环壁面91密封滑动。优选地，密封环壁83或圆环壁面91设有用于容设密封圈19的环形槽，从而避免密封环壁83与圆环壁面91相对滑动时出现密封圈19脱落的不良现象，保证两者之间的密封性能。值得说明的是，抵接柱体81沿轴线方向的尺寸与连接环体82沿轴线方向的尺寸可相等或不等，当其两者尺寸不等时，抵接柱体81的尺寸优选大于连接环体82的尺寸。当然，在本发明的另一实施例中，密封环壁83可套设于圆环壁面91的外侧，但也应属于本发明的保护范围。

在本发明的另一实施例中，如图2所示，在上述任一实施例的基础上，行程调节系统还包括支架22、第二连接轴20、联轴器21、直角换向器24和第三连接轴26；伺服电机12安装于支架22，使得伺服电机12安装于地坑之上；伺服电机12依次通过第二连接轴20、联轴器21与直角换向器24传动连接，直角换向器24通过第三连接轴26与减速机传动连接。在实际应用中，支架22可安装于锻造压力机上或地面或地坑上，伺服电机12优选通过螺钉五23安装于支架22上，当然，伺服电机12还可通过其他连接方式安装于支架22上，如通过螺栓或铆接等方式。优选地，第二连接轴20和联轴器21沿上下方向依次布置，第三连接轴26水平布置；由于伺服电机12无需安装于减速机的外壳上的安装位上，因此，减速机的外壳上的安装位优选通过封板27进行封装。与上述实施例不同的是，本实施例的伺服电机12的安装位高于地坑，从而使得伺服电机12无需容设于地坑内。

在本发明的另一实施例中，如图2所示，在上述任一实施例的基础上，还包括液位传感器和液位报警器25，液位传感器与液位报警器25连接；液位传感器设于地坑内，当液位传感器检测到的液位值大于预设值时，液位报警器25发出警示提示。优选地，当支架22安装于地坑里时，液位传感器可设置于支架22或减速机的外壳上，液位报警器25可单独进行安装或与伺服控制系统集成化安装或液位传感器和液位报警器25集成化安装均可，液位报警器25可通过语音、颜色、灯光等一种以上警示提示的结合实现其警示提示。

在本发明的另一实施例中，一种顶料定长电动伺服调节方法，其适用于上述任意一项所述的顶料定长电动伺服调节装置，包括步骤：

S1，伺服控制系统获取根据加工需求顶板升降顶杆的调节距离；

S2，所述伺服控制系统根据所述调节距离控制伺服电机的启闭，使得所述顶板以所述调节距离升降所述顶杆；

S3，动力装置带动顶料缸动作，使得顶料缸的空心活塞杆带动顶杆做顶料运动。

本实施例中，伺服控制系统优选通过人机交互界面获取调节距离，并根据调节距离控制伺服电机的启闭，即可实现顶杆的顶料行程的调节，非常便捷且易于实现。

可选地，还包括步骤：

S4，液位传感器检测地坑的液位值；

当所述液位值高于预设值时，执行步骤：

S5，液位报警器发出警示提示。

在实际应用中，预设值可根据具体加工情况进行设置。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种顶料定长电动伺服调节装置，其特征在于，包括：

主顶料系统、行程调节系统和伺服控制系统；

所述主顶料系统包括动力装置、顶料缸、底板和顶杆；所述动力装置与所述顶料缸传动连接，使得所述顶料缸的空心活塞杆可沿顶料方向做往复运动；所述顶杆包括大径段和小径段，所述小径段由上而下贯穿所述空心活塞杆，使得所述大径段承托于所述空心活塞杆的上端；所述底板将所述主顶料系统安装于锻造设备下方的地坑内；

所述行程调节系统包括顶板、盖板、伺服电机、减速机、第一连接轴和空心调整螺杆；所述顶板设于所述空心调整螺杆，且所述顶板与所述小径段的下端相抵接；所述空心调整螺杆与所述盖板螺接且与所述顶杆同轴设置；所述第一连接轴的上端与所述空心调整螺杆花键配合；所述第一连接轴的下端与所述减速机的输出端连接，所述减速机与所述伺服电机传动连接；所述伺服电机带动所述减速机的输入端转动，所述第一连接轴跟随所述减速机的输出端转动，所述空心调整螺杆在花键的作用下螺旋升降，使得所述顶板带动所述顶杆升降；所述行程调节系统通过所述盖板安装于所述底板；

所述伺服控制系统与所述伺服电机连接，以根据加工需求调节所述顶板升降所述顶杆的调节距离。

2.如权利要求1所述的顶料定长电动伺服调节装置，其特征在于：

所述底板和所述盖板之间设有联接体，所述联接体包括同轴设置的第一圆环体、圆筒体和第二圆环体；所述第一圆环体和所述第二圆环体分设于所述圆筒体的两端；所述第一圆环体与所述底板连接，所述第二圆环体与所述盖板连接；所述顶杆套设于所述第一圆环体、圆筒体的内部空间。

3.如权利要求1所述的顶料定长电动伺服调节装置，其特征在于：

所述第一连接轴与所述减速机的输出端通过平键连接；所述第一连接轴套设有第一止推部，以限制所述第一连接轴沿其轴线方向运动。

4.如权利要求1所述的顶料定长电动伺服调节装置，其特征在于：

所述小径段套设有第二止推部，以限定所述顶板顶升所述顶杆的调节距离的最大值。

5.如权利要求1所述的顶料定长电动伺服调节装置，其特征在于：

所述伺服控制系统包括人机交互界面、控制系统和用于监测所述空心调整螺杆的位移距离的位移传感器；

所述人机交互界面和所述位移传感器分别与所述控制系统连接。

6.如权利要求1所述的顶料定长电动伺服调节装置，其特征在于：

所述顶板包括同轴设置的抵接柱体、连接环体和密封环壁；

所述抵接柱体的上端与所述顶杆抵接，所述抵接柱体的下端与所述空心调整螺杆连接；

所述连接环体套设于所述抵接柱体的外侧，所述密封环壁由所述连接环体的外周壁朝向所述盖板一侧延展形成；

所述盖板朝向所述顶杆一侧凸起有圆环壁面；所述密封环壁套设于所述圆环壁面的外侧，且所述密封环壁和所述圆环壁面之间设有密封圈，使得所述密封环壁可沿所述圆环壁面密封滑动。

7.如权利要求1所述的顶料定长电动伺服调节装置，其特征在于：

所述行程调节系统还包括支架、第二连接轴、联轴器、直角换向器和第三连接轴；

所述伺服电机安装于所述支架，使得所述伺服电机安装于地坑之上；

所述伺服电机依次通过所述第二连接轴、所述联轴器与所述直角换向器传动连接，所述直角换向器通过所述第三连接轴与所述减速机传动连接。

8.如权利要求1-7任意一项所述的顶料定长电动伺服调节装置，其特征在于，还包括：

液位传感器和液位报警器，所述液位传感器与所述液位报警器连接；所述液位传感器设于所述地坑内，当所述液位传感器检测到的液位值大于预设值时，所述液位报警器发出警示提示。

9.一种顶料定长电动伺服调节方法，其适用于所述权利要求1-8任意一项所述的顶料定长电动伺服调节装置，其特征在于，包括步骤：

S1，伺服控制系统获取根据加工需求顶板升降顶杆的调节距离；

S2，所述伺服控制系统根据所述调节距离控制伺服电机的启闭，使得所述顶板以所述调节距离升降所述顶杆；

S3，动力装置带动顶料缸动作，使得顶料缸的空心活塞杆带动顶杆做顶料运动。

10.如权利要求9所述的顶料定长电动伺服调节方法，其特征在于，还包括步骤：

S4，液位传感器检测地坑的液位值；

当所述液位值高于预设值时，执行步骤：

S5，液位报警器发出警示提示。

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