CN202527572U - 一种电动伺服拉伸垫 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种电动伺服拉伸垫，包括顶冠，顶冠连接有伺服电机驱动机构，伺服电机驱动机构包括设置在支架底座上的伺服电机和连接在支架上的丝杆轴，伺服电机的驱动轴和丝杆轴上均连接有带轮且带轮之间连接有同步带，丝杆轴上设置有连接在顶冠上的丝母；所述伺服电机电连接有伺服驱动器、能量回馈储存装置和伺服控制器。本实用新型的有益效果是：与压力机滑块相结合可以实现工件拉伸变形所需任意压边力，而且在拉伸工作过程中将机械能转换为电能，节约大量的电能，尤其可实现汽车车身制造所需的高强度钢、复合成型材料、铝合金、难成形材料等高精度、难成形的汽车零件的拉伸成型。

Description

一种电动伺服拉伸垫

技术领域

 本实用新型涉及一种电动伺服拉伸垫。

背景技术

在板料拉伸成型过程中，大多数的成型件需要压边装置，以提供足够的摩擦力，增加板料中的拉应力，从而达到控制材料的流动避免起皱之目的。压边力的大小是板料成型中重要的工艺参数，也是板料成型中的控制材料流动重要手段。在大型覆盖件成型时，压边力一般由拉伸垫提供，如果压边力过小，无法有效地控制材料的流动，板料容易起皱，而压边力过大，材料拉裂趋势会明显增加。在实际生产中，为了提高成型件的质量和生产效率，一般要求尽可能地一次成型出工件，这样压边力的合理取值、调整和控制就成为控制金属流动，即防止出现起皱和拉裂的最重要的手段之一。

拉伸垫是压力机的主要功能部件，其功能是在滑块向下运行进行成型之前压住板料，并在成型过程中进行压边，以防止板料成型时材料流动过快造成起皱。使用早期的压力机进行板料大型覆盖件成型时，通常采用双动压力机，外滑块压边，内滑块拉伸。 随着大吨位拉伸垫的技术的发展，压力机外滑块的压边功能逐渐被拉伸垫所取代，即在进行大型覆盖件的成型时，单动压力机取代了双动压力机。大吨位拉伸垫的研发经历了纯气气垫、数控液压-气混合拉伸垫、数控液压垫等数个阶段。

纯气气垫由于气体的可压缩特性，缸体内的气体在受压时压力波动较大，从而使工件的压边力不稳定，大吨位气垫的缸体由于直径过大，安装空间受限，因此其压边力也受到一定限制。

数控液压垫的压边力可以进行任意控制，因此可提高工件的拉伸质量、延长设备的使用寿命、提高设备的使用率，从而提高经济效益。但数控液压垫系统能耗大、污染大、且维修复杂。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本实用新型提供了一种电动伺服拉伸垫，它与压力机滑块相结合可以实现工件拉伸变形所需任意压边力，而且在拉伸工作过程中将机械能转换为电能，节约大量的电能，尤其可实现汽车车身制造所需的高强度钢、复合成型材料、铝合金、难成形材料等高精度、难成形的汽车零件的拉伸成型。

本实用新型是通过以下措施实现的：

本实用新型的一种电动伺服拉伸垫，包括顶冠和支架，所述支架下部侧面连

接有伺服电机，所述顶冠下方连接有伺服电机驱动机构，所述伺服电机驱动机构包括丝杆轴和与丝杠轴相配合的丝母，所述丝母连接在顶冠的底部，所述丝杠轴通过轴承竖直连接在支架底部，丝杠轴的下端和伺服电机的驱动轴上均连接有带轮且带轮之间设置有同步带，所述伺服电机电连接有伺服驱动器、能量回馈储存装置和伺服控制器。

为了能够减小冲击力，上述丝母与顶冠之间设置液压缓冲装置，所述液压缓冲装置连接有测定顶冠产生的压边力的负荷测定装置，所述负荷测定装置信号连接伺服控制器。

上述伺服电机的驱动轴和丝杆轴设置有旋转编码器，所述旋转编码器连接伺服控制器，所述伺服控制器接收旋转编码器的位置反馈信号并对拉伸垫拉伸行程和运行位置进行控制。使得控制更加准确。

上述能量回馈储存装置包括与电网连接的整流回馈单元和连接在伺服驱动器与整流回馈单元之间的直流母线上的储能装置。

上述该拉伸垫设置有限位装置，所述限位装置包括设置在顶冠侧面的限位块，支架下部侧面设置有在限位块行程末端可碰触到的限位开关，顶冠下方的支架底部上设置有缓冲装置和零位确认定位装置。

上述顶冠和支架侧面设置有导向装置，所述导向装置为导轨。

上述丝杆轴下端设置有气动或液压控制的制动装置。

上述伺服电机与伺服驱动器之间连接有动态制动单元。

上述伺服控制器设置有UPS系统。

本实用新型的有益效果是： 

1.使用电动伺服拉伸垫成型工件时，可以依据板料成型工艺要求实时控制压边力，各点的压边力可以设置不同值并可以对压边力进行分段控制，从而实现最优的压边力加载模式，使压边力值在各个部位恰好能够抑制起皱的发生，使极限拉伸比达到最大，充分发挥材料的成型极限；2. 在压边成型过程中，电动伺服拉伸垫将工件成形过程压边力所消耗的机械能转化为伺服电机输出的电能，减少了压力机电能的消耗；3. 伺服电机可精确控制，从而可以任意地调整工件拉伸所需的压边力及在下死点锁紧拉伸垫；4.伺服电机控制拉伸垫的预加速和建压，减小滑块下行于顶冠接触时的冲击。

附图说明   

图1为本实用新型的主视部分剖视结构示意图。

图2为图1的左视结构部分剖视结构示意图。

图3为本实用新型的驱动机构部分结构示意图。

图4为本实用新型的液压缓冲装置的结构示意图。

图5为本实用新型供电系统的电路连接示意图。

图6为本实用新型伺服控制系统的原理示意图。

图7为本实用新型的运动导向结构示意图。

图8为本实用新型的落到底限位的结构示意图。

图9为本实用新型的落到底限位的放大示意图。

图中：101.滑块，102.上模，103.压边圈，104.顶杆，105.下模，106.支架底座，107.底座导轨，108.支架，109.电机支架，110.限位开关，111.缓冲装置，112零位确认定位装置，201.顶冠，202.顶冠导轨，203.限位块，204.制动器，300.伺服电机驱动机构，301.伺服电机，302a. 丝母，302b. 丝杠轴，303. 带轮，304.同步带，305.小带轮，306.丝杆编码器，307.伺服驱动器，308.伺服控制器，309. 整流回馈单元，310.动态制动单元，311.制动单元，312.储能装置， 313.UPS系统，400.液压缓冲装置，401.压力传感器。

具体实施方式

图1、2所示为本实用新型的一种实施形态下的压力机配置电动伺服拉伸垫的整体

图，图3所示为本实用新型的一种实施形态下的大吨位单顶冠伺服拉伸垫驱动机构图。图中所示，伺服拉伸垫包括顶冠201、伺服电机驱动机构300、导向装置、限位装置、液压缓冲装置、负荷测定装置、制动装置、伺服驱动与控制系统、反馈装置和能量回馈储存装置。    

本实用新型实施形态下的伺服拉伸垫为单顶冠，设置4套伺服驱动机构300。支架108安装在支架底座106上，支架108下部侧面连接有伺服电机301。顶冠201下方连接有伺服驱动机构300，伺服驱动机构300包括同步带304、带轮303、小带轮304、丝杆轴302b、丝母302a，。丝杆轴302b通过轴承竖直固定于支架108上，丝母302a固定在顶冠201底部。

在冲压拉伸工作时，压力机滑块101带着上模102向下运行，上模102接触到压边圈103后，压住压边圈103一起向下运动。压边圈103压住顶杆104，顶杆压住顶冠201随滑块101向下运行，固定在顶冠201上的丝母302a的向下直线运动带动丝杆302b作回转运动，通过同步带304及带轮303、小带轮304驱动伺服电机301使其作为发电机。

在滑块回程时，伺服电机301作为电动机，驱动丝杆302b作旋转运动，丝母302a将丝杆的旋转运动转换为向上的直线运动，丝母302a带动顶冠201及顶杆104向上的运动，顶出工件，并回到上位等待位置。伺服电机301可在下死点及上行程任意位置锁紧顶冠。

伺服电机驱动机构300可以是2套或4套，分别设置顶冠的下面。每套驱动机构300可以配置一套伺服电机301或多套伺服电机301，顶冠201可以是单顶冠、双顶冠、四顶冠。

  拉伸垫丝杆下端设置制动装置204，用于拉伸垫任意停止位置的锁紧。制动装置动力源可以是气动或液压控制。

如图4所示，本实用新型的一种实施形态下的电动伺服拉伸垫的液压缓冲装置400，其设置在顶冠201和丝母302a之间，缓和上模与压边圈接触时的的冲击力，同时也起过载保护作用，当压边力超出设定值时，液压腔及管路卸载，系统停机，保护丝杆302b和丝母302a等装置不超载使用。四点的压力可独立调整，一点超载，四点同时卸荷。

丝母与顶冠之间的液压系统设置测定拉伸垫顶冠产生的压边力的负荷测定装置，包括测定液压室压力的压力传感器401，负荷测定装置连接伺服控制器，进而计算出与伺服电机301负载相对应的值，以此控制伺服电机的输出扭矩，进行伺服拉伸垫压边力的任意调整。   

如图5、6所示的本实用新型一种实施形态下的电动伺服拉伸垫的伺服驱动与控制系统，伺服驱动与控制系统由伺服电机301、伺服驱动器307、伺服控制器308和反馈装置等组成，进行压边力和运动速度的任意控制。伺服驱动器307与伺服控制器308之间通过SERCOS光纤网络通讯。

伺服驱动器307标准化，根据伺服电机301的输出扭矩进行组合。整流回馈单元309标准化，根据伺服驱动器307的功率进行组合。整流回馈单元309与电网连接，将交流电源转换成直流母线的直流电源，直流母线并联着一个储能装置312，为伺服驱动器307提供电量。当伺服电机301处于工作耗能状态时，母线电压降低，整流回馈单元向309电网取电，同时储能装置312释放电量。当伺服电机301处于发电状态时，母线电压升高时，整流回馈单元309向电网回馈电能，向储能装置312充电。储能装置312可以由多组电容组成或由飞轮、电机组成。

反馈装置包括安装在曲轴上地旋转编码器213a、213b及伺服电机301和拉伸垫丝杆302b下设置旋转编码器301a、306及液压系统的压力传感器，进行位置和压边力的反馈，反馈信号连接到伺服控制器308上，进行拉伸垫拉伸行程的调整和拉伸垫运行位置的控制、监控。

拉伸垫设置4套驱动机构300，每个驱动机构300的伺服电机301作为一个伺服轴，设置一个虚拟主轴，伺服控制器308根据预设的曲线和负载向虚拟主轴输出位置命令，并读取安装在压力机曲柄轴上的控制滑块运行的旋转编码器101a位置和丝杆302b上旋转编码器位置306位置或伺服电机301上旋转编码器位置301a位置的反馈信号，进行伺服拉伸垫的位置控制。读取安装在液压系统的压力传感器501的压力信号进行伺服拉伸垫压边力的控制即伺服电机301输出扭矩的控制，控制拉伸垫的预加速、预建压。所有伺服轴压边力独立控制并跟随虚拟主轴进行位置的同步控制。

电动伺服拉伸垫具有预加速、预建压及下死点位置的锁紧的功能。顶冠201在设定的行程等待位置，伺服控制器308输入滑块运行曲柄轴上的编码器的位置指令，当滑块运行到一定的位置，伺服电机301输出扭矩，通过驱动机构300带动顶冠向下加速运行，至设定的预加速位置时压边圈103与上模102接触，此时预加速功能结束。滑块压住顶冠一起向下运行，伺服电机输出反向扭矩，建立压边力，至设定的预建压位置，压边力达到设定值，预建压功能结束。滑块带动顶冠进入有效拉伸行程，此时由位置控制转换为压边力的控制，伺服控制器根据压力反馈信号控制伺服电机的输出扭矩，从而控制拉伸垫的压边力。

伺服控制系统设置2套伺服控制器308，1套用于实时控制功能，另一套

用于监测系统是否运行正常及当前未知状态。控制器308实施地监控来自伺服

电机上301的编码器301a和丝杆上的旋转编码器306的反馈信号及压力传感器

上的压力信号，通过既定的规则来评估风险，如果任何一个控制器308发现异

常状态或是非预期运动，则系统就会停止运动。

如图7所示的本实用新型的一种实施形态的电动伺服拉伸垫的运动导向图，在底座上设置8条导轨107，顶冠201上设置8条导轨202。导轨107、202之间有一定的间隙， 在顶冠上下运行时起导向作用，确保顶冠运行的精度稳定。

如图8、 9所示示的本实用新型的一个实施形态的电动伺服拉伸垫落到底限位装置图，在底座上安装行程限位开关110，在顶冠上装有的限位块203，支架108上装有拉伸垫落到底缓冲装置111，底座上安装拉伸垫零位确认机械定位装置112。

    当顶冠201下落接触到缓冲装置111时，缓冲装置111吸收顶冠201运动的能量，减小落到底时的冲击。当顶冠落到底时，顶冠201上的限位块203压住限位开关110，限位开关110发信号，停止顶冠201的运行。

 顶冠落到底时，调整顶冠201的与工作台的平行度，达到设计要求时，调整拉伸垫的零位确认定位装置112，使其与顶冠201底面完全接触，以此为顶冠201的零位，校正伺服电机的编码器301a和丝杆的编码器306起始位置。

上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。

Claims (9)

1.一种电动伺服拉伸垫，包括顶冠和支架，其特征在于：所述支架下部侧面连接有伺服电机，所述顶冠下方连接有伺服电机驱动机构，所述伺服电机驱动机构包括丝杆轴和与丝杠轴相配合的丝母，所述丝母连接在顶冠的底部，所述丝杠轴通过轴承竖直连接在支架底部，丝杠轴的下端和伺服电机的驱动轴上均连接有带轮且带轮之间设置有同步带，所述伺服电机电连接有伺服驱动器、能量回馈储存装置和伺服控制器。

2.根据权利要求1所述电动伺服拉伸垫，其特征在于：所述丝母与顶冠之间设置液压缓冲装置，所述液压缓冲装置连接有测定顶冠产生的压边力的负荷测定装置，所述负荷测定装置信号连接伺服控制器。

3.根据权利要求1所述电动伺服拉伸垫，其特征在于：所述伺服电机的驱动轴和丝杆轴设置有旋转编码器，所述旋转编码器连接伺服控制器，所述伺服控制器接收旋转编码器的位置反馈信号并对拉伸垫拉伸行程和运行位置进行控制。

4.根据权利要求1所述的电动伺服拉伸垫，其特征在于：所述能量回馈储存装置包括与电网连接的整流回馈单元和连接在伺服驱动器与整流回馈单元之间的直流母线上的储能装置。

5.根据权利要求1所述电动伺服拉伸垫，其特征在于：该拉伸垫设置有限位装置，所述限位装置包括设置在顶冠侧面的限位块，支架下部侧面设置有在限位块行程末端可碰触到的限位开关，顶冠下方的支架底部上设置有缓冲装置和零位确认定位装置。

6.根据权利要求1所述电动伺服拉伸垫，其特征在于：所述顶冠和支架侧面设置有导向装置，所述导向装置为导轨。

7.根据权利要求1所述电动伺服拉伸垫，其特征在于：所述丝杆轴下端设置有气动或液压控制的制动装置。

8.根据权利要求1所述电动伺服拉伸垫，其特征在于：所述伺服电机与伺服驱动器之间连接有动态制动单元。

9.根据权利要求1所述电动伺服拉伸垫，其特征在于：所述伺服控制器设置有UPS系统。

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