CN1715043A - 永磁冲床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永磁冲床，包括轭铁和在其内做上下往复运动的冲头，所述冲头固连衔铁，其特征在于：还包括有使所述轭铁和衔铁构成磁回路的磁驱动机构，所述磁驱动机构中既设置有对所述衔铁施加电磁驱力的电磁机构，又设置有始终对所述衔铁施加永磁吸力的永磁体。本发明解决公知电磁式冲床输入功率大、功耗大、控制系统复杂等技术问题。

Description

永磁冲床

技术领域

本发明涉及一种冲床，特别是涉及采用永磁电磁机构的永磁冲床。

背景技术

随着电子工业的发展，信息时代的到来，传统的机械式冲床被无油污、洁净的、且频率较高的电磁式冲床所代替，图1为公知电磁式冲床的结构示意图。如图1所示，电磁机构设置在机架上，该电磁机构由轭铁、电磁线圈、线圈架及带有非磁冲头的衔铁组成。衔铁与导套板相连，导套板可在导柱内作上、下往返运动。其工作原理为：当给电磁线圈通入电流时，衔铁受到电磁驱力作用向下运动，同时压缩弹簧。此时，衔铁受到的向下电磁驱力F_A与冲头系统自重力G之和大于弹簧抗力F₂，因此冲头具有向下的冲力F₃，形成冲力冲床。当电磁线圈断电后，衔铁受到的向下电磁驱力F_A＝0，弹簧抗力F₂将推动导套板复位，直到弹簧抗力F₂等于冲头系统自重力G。上述过程中，衔铁的主要作用力可以表述为：

通电工作时：

冲头冲力F₃＝电磁驱力F_A+冲头自重力G-弹簧抗力F₂                     (1)

断电回复时：

冲头回复力F₄＝弹簧抗力F₂-冲头自重力G                               (2)

从上述工作原理可知，如需要增加冲头的冲力时，只能采用增加电磁驱力F_A的方法，即增加电磁线圈的输入电流。但提高输入功率不仅使系统功耗增加，而且将使其控制系统复杂度增加，系统结构增大，导致制造、运行费用加大。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁冲床，解决公知电磁式冲床输入功率大、功耗大、控制系统复杂等技术问题。

本发明的技术构思为：

本发明是一种永磁电磁机构的永磁冲床，通过在轭铁和衔铁的磁回路上设置永磁体和产生正反电磁场的电磁线圈，使冲头向下运动的冲力和向上运动的回复力同时得到增加，实现一种功耗低、控制系统简单、最大程度降低制造、运行成本的永磁冲床的技术方案。

本发明的技术方案为：

一种永磁冲床，包括轭铁和在其内做上下往复运动的冲头，所述冲头固连衔铁，其特征在于：还包括有使所述轭铁和衔铁构成磁回路的磁驱动机构，所述磁驱动机构中既设置有对所述衔铁施加电磁驱力的电磁机构，又设置有始终对所述衔铁施加永磁吸力的永磁体。

所述电磁机构中交替通入正向电流和反向电流，正向电流的电磁场对所述衔铁施加与所述永磁体永磁吸力方向相同的电磁驱力，反向电流的电磁场对所述衔铁施加与所述永磁体永磁吸力方向相反的电磁驱力。

所述永磁体为环形永磁体，其环状结构与所述轭铁的横断面相适配。

所述环形永磁体与所述轭铁竖壁成嵌入式环形结构。

所述嵌入式环形结构靠近所述轭铁底面的位置。

所述电磁机构为电磁线圈，设置在轭铁和衔铁之间的环形空间内。

所述衔铁的上端面与始终对其施加弹簧抗力的弹簧复位装置相连，所述弹簧复位装置包括套装有复位弹簧和导套板的导柱，所述导柱上、下端分别连接限位板和端板，所述复位弹簧的两端分别连接所述端板和导套板，所述导套板与所述衔铁固定连接，所述端板设置在所述轭铁的上端，所述端板和轭铁底面均设有供所述冲头穿过的通孔。

所述永磁体的磁场强度为所述电磁机构磁场强度的

所述永磁体的磁场强度为所述电磁机构磁场强度的

所述冲头为1Cr18Ni9Ti制品，所述轭铁为A3材料制品。

本发明的技术效果为：

本发明永磁冲床科学地提出了一种永磁电磁机构的永磁冲床，通过在轭铁和衔铁的磁回路上设置始终对所述衔铁产生永磁吸力的永磁体，使冲头向下运动时的冲力增加，同时通过设置产生正反电磁场的电磁线圈，使冲头向上运动时的回复力也得到增加。因此本发明永磁冲床与公知电磁式冲床相比具有：

(1)对工件的冲量增大

在相同输入功率情况下，驱动冲头向下运动的合力增加，使其冲击力增大，合力增加又同时使冲头向下运动的速度增加，二方面均使其冲量增大；

(2)冲击频率提高

在相同行程情况下，由于驱动冲头上、下运动的合力增加，使其向上、向下的运动速度增加，实现冲击回合的时间缩短，提高了冲击频率。

(3)整机功耗小，控制系统的复杂度降低

在相同冲力情况下，本发明可大幅度减小通入电磁线圈的电流，降低输入功率。

在本发明优选方案中，设置永磁体所产生的磁场强度为原电磁线圈磁场强度的一半时，即电磁线圈的通入电流减小50％时，仍可实现与公知电磁式冲床相同的冲力。这一方面减少了系统功耗，另一方面也使控制系统的复杂度大幅度降低，减小整机体积，最大程度地降低了制造、运行成本。

附图说明

图1为公知电磁式冲床的结构示意图。

图2为本发明永磁冲床的结构示意图。

图中标记列示如下：

1-机架；2-轭铁；3-冲头主轴；4-复位弹簧；5-电磁线圈；6-导柱；7-限位板；8-永磁体；9-端板；31-冲头；32-衔铁；33-导套板

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案。

图2为本发明永磁冲床的结构示意图。如图2所示，本发明永磁冲床包括依次连接的机架1、轭铁2、端板9、导柱6和限位板7，还包括贯穿轭铁2的冲头主轴3，所述冲头主轴3由依次连接的冲头31、衔铁32和导套板33组成。端板9、轭铁2底面和支架1上均设有供冲头主轴3穿过的通孔。产生电磁场的电磁线圈5设置在轭铁2内壁和冲头主轴3之间的环行空间内，其产生的电磁场对衔铁32产生电磁驱力，使轭铁2和衔铁32形成磁回路，从而驱动冲头主轴3在所述通孔内上下运动。导柱6上分别套装复位弹簧4和导套板33，复位弹簧4两端分别与导套板33和端板9连接。可沿导柱6作上下往复运动的导套板33始终受复位弹簧4向上的弹簧抗力作用。

本发明在轭铁2和衔铁32的磁回路上还设置了永磁体8，该永磁体8所形成的磁路始终对衔铁32产生与所述弹簧抗力方向相反的永磁吸力。

在本实施例中，所述永磁体8为环形永磁体，与轭铁2竖壁成嵌入式环形结构。更优选的方案是将环形永磁体设置在轭铁2竖壁靠近底面位置。该结构形式一方面可使永磁体8对衔铁32始终施加向下的永磁吸力，另一方面可在冲头主轴3向下运动时，使永磁体8对衔铁32的永磁吸力逐渐加大，增加冲击力；而在冲头主轴3向上运动时，永磁体8对衔铁32的永磁吸力逐渐减小，增加回复力。

本发明同时科学地进行了电磁线圈5通过脉冲电流方向的设计。在本实施例中，电磁线圈5通过的脉冲电流为正向和反向，分别产生正、反向电磁场，对衔铁32分别施加与所述永磁吸力方向相同和方向相反的电磁驱力。当电磁线圈5通过正向电流时，衔铁32受到向下的电磁驱力，与衔铁32受到的永磁吸力方向相同，二者共同作用使衔铁32带动冲头主轴3向下运动，形成冲力。当电磁线圈5通过反向电流时，衔铁32受到向上的电磁驱力，与冲头主轴3受到的弹簧抗力方向相同，二者共同作用使冲头主轴3向上运动，并回复到启始位置。由于在设计上设定电磁驱力大于永磁吸力，因此在冲头主轴3复位过程中，向上的电磁驱力不仅克服了向下的永磁吸力，而且也克服了一部分冲头主轴3的重力，使冲头主轴3能回复到最大行程位置，有利于冲头主轴3产生较大的冲力。

在本实施例中，机架1采用铸铁材料制成，冲头31采用1Cr18Ni9Ti制品，轭铁2采用A₃材料，使轭铁2和衔铁32构成磁回路。实际设计中，永磁体8既可以固定在轭铁2竖壁表面上，也可以嵌入轭铁2的竖壁内。

本发明的工作过程描述如下：

在非运行状态时，冲头主轴3在复位弹簧4的作用下处于行程最高点，此时，冲头主轴自重力G和弹簧抗力F₂相等。

当电磁线圈5通入正向电流时，衔铁32受到向下的电磁驱力作用，带动冲头主轴3向下运动，同时压缩复位弹簧4。此时，冲头主轴3受到向下的力包括电磁驱力F_A、冲头主轴自重力G和永磁吸力F_B，而受到向上的力仅为弹簧抗力F₂。上述向下的电磁驱力F_A、冲头主轴自重力G和永磁吸力F_B之和大于向上的弹簧抗力F₂，冲头主轴3受合力作用向下运动，并形成向下的冲力F₃，以整体动能转化为对工件的冲量，完成冲头31对工件的加工。

当电磁线圈5通入反向电流时，由于电磁线圈对衔铁32产生电磁驱力F_A与永磁吸力F_B反向，所以冲头主轴3受到向下的力仅为冲头主轴自重力G和永磁吸力F_B，而受到向上的力变为电磁驱力F_A和弹簧抗力F₂，上述向上的电磁驱力F_A和弹簧抗力F₂之和大于向下的冲头主轴自重力G和永磁吸力F_B之和，冲头主轴3受合力作用向上运动，直到向上的电磁驱力F_A和弹簧抗力F₂之和等于向下的冲头主轴自重力G和永磁吸力F_B之和。上述过程可以表述为：

非运行状态时：

冲头主轴自重力G＝弹簧抗力F₂。                                      (3)

电磁线圈通入正向电流，冲头主轴3向下冲击时：

冲头主轴冲力F₃＝电磁驱力F_A+永磁吸力F_B+冲头自重力G-弹簧抗力F₂   (4)

电磁线圈通入反向电流，冲头主轴3向上复位时：

冲头主轴回复力F₄＝弹簧抗力F₂+电磁驱力F_A-冲头自重力G-永磁吸力F_B (5)

比较公式(1)和(4)、(2)和(5)可以明显看出，由于本发明设置了始终对衔铁32产生向下永磁吸力的永磁体8，使冲头主轴3向下运动时的冲力F₃增加，又由于本发明设计了向电磁线圈5通入反向电流，使冲头主轴3向上运动时的回复力F₄增加。因此，本发明永磁冲床与公知电磁式冲床相比，具有：

(4)对工件的冲量增大

在相同输入功率情况下，驱动冲头主轴3向下运动的合力增加，使其冲击力增大，合力增加又同时使冲头主轴3向下运动的速度增加，二方面均使其冲量增大：

(5)冲击频率提高

在相同行程情况下，由于驱动冲头主轴3上、下运动的合力增加，使其向上、向下的运动速度增加，实现冲击回合的时间缩短，提高了工作频率。

(6)整机功耗小，控制系统的复杂度降低

在相同冲力情况下，本发明可大幅度减小通入电磁线圈5的电流，这一方面减少了电磁线圈5的功耗，另一方面也使控制系统的复杂度大幅度降低，减小整机体积，最大程度地降低了制造、运行成本。

调试结果表明，当设置所述永磁体的磁场强度为所述电磁线圈磁场强度的 时，即永磁体8所产生的永磁吸力 $F_B=\frac{1}{2}$ 电磁驱力F_A时，通入电磁线圈5的电流可以减小50％。在该电流作用下，电磁线圈5所产生的电磁驱力 ${F_A}^{\′}=\frac{1}{2}$ 电磁驱力F_A＝永磁吸力F_B。因此公式(4)、(5)变为：

冲头主轴冲力F₃＝电磁驱力F_A′+永磁吸力F_B+冲头自重力G-弹簧抗力F₂

               ＝电磁驱力F_A+冲头自重力G-弹簧抗力F₂                    (6)

冲头主轴回复力F₄＝弹簧抗力F₂+电磁驱力F_A′-冲头自重力G+永磁吸力F_B

                 ＝弹簧抗力F₂-冲头自重力G                              (7)

显然，公式(6)、(7)与公式(1)、(2)相同，即本发明永磁冲床只需公知电磁式冲床的一半功率即可达到同等冲量。

当设置永磁体的磁场强度分别为所述电磁线圈磁场强度的 或 时，可满足永磁冲床对冲量、行程或冲击频率等要求。

以上仅为本发明具体实施方式的说明，不以任何形式对本发明做出限制。应当指出，对本领域技术人员来说，依据本发明的指导思想还可以做出很多相关的变形和改进，但这些均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种永磁冲床，包括轭铁和在其内做上下往复运动的冲头，所述冲头固连衔铁，其特征在于：还包括有使所述轭铁和衔铁构成磁回路的磁驱动机构，所述磁驱动机构中既设置有对所述衔铁施加电磁驱力的电磁机构，又设置有始终对所述衔铁施加永磁吸力的永磁体。

2.如权利要求1所述的永磁冲床，其特征在于：所述电磁机构中交替通入正向电流和反向电流，正向电流的电磁场对所述衔铁施加与所述永磁体永磁吸力方向相同的电磁驱力，反向电流的电磁场对所述衔铁施加与所述永磁体永磁吸力方向相反的电磁驱力。

3.如权利要求1或2所述的永磁冲床，其特征在于：所述永磁体为环形永磁体，其环状结构与所述轭铁的横断面相适配。

4.如权利要求3所述的永磁冲床，其特征在于：所述环形永磁体与所述轭铁竖壁成嵌入式环形结构。

5.如权利要求4所述的永磁冲床，其特征在于：所述嵌入式环形结构靠近所述轭铁底面的位置。

6.如权利要求1或2所述的永磁冲床，其特征在于：所述电磁机构为电磁线圈，设置在轭铁和衔铁之间的环形空间内。

7.如权利要求1所述的永磁冲床，其特征在于：所述衔铁的上端面与始终对其施加弹簧抗力的弹簧复位装置相连，所述弹簧复位装置包括套装有复位弹簧和导套板的导柱，所述导柱上、下端分别连接限位板和端板，所述复位弹簧的两端分别连接所述端板和导套板，所述导套板与所述衔铁固定连接，所述端板设置在所述轭铁的上端，所述端板和轭铁底面均设有供所述冲头穿过的通孔。

8.如权利要求1或2所述的永磁冲床，其特征在于：所述永磁体的磁场强度为所述电磁机构磁场强度的1/4至3/4。

9.如权利要求1或2所述的永磁冲床，其特征在于：所述永磁体的磁场强度为所述电磁机构磁场强度的1/2。

10.如权利要求1或7所述的永磁冲床，其特征在于：所述冲头为1Cr18Ni9Ti制品，所述轭铁为A3材料制品。

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