CN210358662U - 基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，包括机架、与机架固连用于折弯的下模、可沿机架上下运动的滑块以及与滑块固连、配合下模折弯的上模，所述滑块上连接有用于驱动滑块实现不同速度和行程范围的第一驱动机构和第二驱动机构，其中第二驱动机构左右对称设置；所述滑块和机架的相对应位置上设有用于相互配合导向上滑块上下运动的导向组件。本实用新型适合大吨位、且具有重载、高精度、低能耗、驱动电机功率小、功率利用率高、速度快和制造成本低等优点，同时利用连杆机构的非线性运动特性和特定位置的自锁特性以及杠杆原理或利用螺纹副传动的自锁特性。

Description

基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机

技术领域

本实用新型涉及板材折弯机，尤其涉及一种基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机。

背景技术

数控折弯机是金属板材加工领域最重要、最基础的设备，节能、环保、高速、高精、数字化和智能化是未来的发展趋势。数控折弯机的驱动方式有液压驱动和机械电伺服驱动，目前主要以液压驱动方式为主，但机械电伺服是未来的发展趋势。

液压驱动的优点是大吨位，易于实现大幅面、厚板的折弯加工；液压驱动的缺点有以下几个：1、噪声大、能耗高、液压油渗漏和污染环境；2、成本较高，因为液压油缸、阀组、液压泵等高精密零件成本较高，其中阀组，液压泵部件的高端市场几乎完全依赖于进口，成本高；3、精度不高，液压系统位置精度控制存在先天的劣势，位置可控性差；4、寿命低，元器件磨损，液压油路污染，都容易对液压系统稳定性产生不良影响；5、滑块动作冲击大，不平缓；6、受环境的温度、湿度、灰尘等因素影响较大；7、运动控制复杂。

机械电伺服可解决上述液压驱动方式的不足，但由于机械电伺服驱动方式存在技术瓶颈，目前仅仅在小吨位领域应用较多，一般不超过50吨。而目前小吨位的机械全电伺服折弯的驱动方式如图1和图2所示，大多采用重载滚珠丝杠驱动方式，主要有伺服电机a、同步带传动b、滚珠丝杠传动c、滑块d、工作台e等部分组成。其中伺服电机固定于机架上，滚珠丝杠与机架铰接，滑块与机架滑动连接且可沿机架上下方向滑动，工作台固定于机架上。同步带传动由小带轮、同步带、大带轮三个部分组成，起减速、传动的作用。滑块通过滚珠丝杠传动副进行驱动，伺服电机通过同步带带动丝杠旋转，滑块在滚珠丝杠传动副的驱动下实现上下运动。滑块d相对于工作台e上下运动，上模f安装于滑块上，下模g安装于工作台上，即可实现板材h的折弯加工。滑块采用左右两个丝杠对称驱动，一方面载荷大，刚度高，另一方面当上、下模之间出现平行度误差时，可以通过左右两个电机的反向转动实现平行度微调。

上述采用滚珠丝杠驱动的机械全电伺服折弯机，优点为结构简单、机械传动效率高、速度快、精度高、同时有效克服了液压传动的诸多问题；缺点有以下几点：1、成本高，高精度、重载滚珠丝杠基本依赖于进口，价格昂贵；2、对机床的加工制造精度高；3、仅适合小吨位折弯机；4、功率利用率低，所需驱动电机功率大，成本高；5、丝杠易磨损，损坏。

其中功率利用率，伺服电机在实际使用过程中所消耗的功率由负载决定，可以将实际使用过程中消耗的功率与电机所能达到的最大功率指标(或者额定功率)之间的比值作为功率利用率。一般情况下，折弯机进行板材折弯过程中，先后经历三个动作阶段：1、快下阶段，滑块从上死点向下运动，直至上模接触到板材，此阶段速度很快，负载很小；一般速度在150mm/s～200mm/s的范围内，负载基本就是克服滑块的重力，滑块重力一般不超过折弯机公称折弯力的1/50，因此负载很小；该阶段是典型的高速、低负载；2、工进阶段，折弯机折弯板材，是典型的低速、大负载阶段，速度大约在20mm/s左右，约为快下速度的1/10；3、返程阶段，板材折弯完成后，滑块向上运行，回至上死点，其速度和载荷与快下阶段相同，高速、低负载。

由上述可知，折弯机的工况是典型的变速、变载荷工况。由于滚珠丝杠传动的传动比固定，在快下阶段伺服电机达到了最高转速n_max，但是峰值扭矩M_max远未达到，根据经验数据，一般仅为峰值扭矩的1/50，可以直接将负载等同于电机的输出扭矩，那么相当于快下阶段电机所需要消耗的功率为：

而在工进阶段，电机达到了峰值扭矩M_max，但是根据经验数据此时电机的转速仅为最高转速n_max的1/10，主要是考虑安全因素，折弯机的工进速度通常较低，此阶段电机所需的功率：

上述可知，驱动系统既要在快下和回程阶段满足最高转速要求，而同时在工进阶段需要满足峰值扭矩的要求；那么在传动比固定的前提下，峰值功率：P_max＝n_max×M_max。既所需的驱动电机功率很大，即便在实际使用过程中，电机并未用到最高的峰值功率，造成电机的功率并未被完全应用，即功率利用率低。以目前市场上常见的35吨机械电伺服折弯机为例，其快下速度和返程速度一般为200mm/s，公称折弯力为350kN，为同时满足最高速度和最大折弯力的要求，通常需要采用2个7.5kW伺服电机，目前市场的常规配置，而实际工作过程中，两个伺服电机实际消耗的功率大致在1kw～2kW左右，功率的利用率很低。

因此，亟待解决上述问题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种适合大吨位、且具有重载、高精度、低能耗、驱动电机功率小、功率利用率高、速度快和制造成本低等优点，同时利用连杆机构的非线性运动特性和特定位置的自锁特性或利用螺纹副传动的自锁特性的基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机。

技术方案：为实现以上目的，本实用新型公开了一种基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，包括机架、与机架固连用于折弯的下模、可沿机架上下运动的滑块以及与滑块固连、配合下模折弯的上模，所述滑块上连接有用于驱动滑块实现不同速度和行程范围的第一驱动机构和第二驱动机构，其中第二驱动机构左右对称设置；所述滑块和机架的相对应位置上设有用于相互配合导向上滑块上下运动的导向组件。

其中，所述第一驱动机构包括位于机架上的第一动力组件、由第一动力组件驱动的2个对称设置的第一偏心轮、与第一偏心轮相连接的第一拉杆以及一端与滑块相铰接、中部与第一拉杆相铰接的主梁；第一动力组件输出动力驱动第一偏心轮转动，通过第一拉杆和主梁带动滑块上下运动；所述第二驱动机构包括位于机架上的第二驱动电机、由第二驱动电机驱动的第二偏心轮，以及与第二偏心轮相连接的第二拉杆，且第二拉杆与主梁的另一端相铰接；第二驱动电机输出动力驱动第二偏心轮转动，通过第二拉杆和主梁带动滑块上下运动。

优选的，所述第一驱动机构包括位于机架上的第一动力组件、由第一动力组件驱动的2个对称设置的第一偏心轮、与第一偏心轮相连接的第一拉杆以及中部与第一拉杆相铰接、一端通过第三拉杆与滑块相铰接的主梁；第一动力组件输出动力驱动第一偏心轮转动，通过第一拉杆、主梁和第三拉杆带动滑块上下运动；所述第二驱动机构包括位于机架上的第二驱动电机和由第二驱动电机驱动的第二偏心轮，该第二偏心轮与主梁的另一端相铰接；第二驱动电机输出动力驱动第二偏心轮转动，通过主梁和第三拉杆带动滑块上下运动。

再者，所述第一驱动机构左右对称设置，该第一驱动机构包括第一动力组件、由第一动力组件驱动的螺母、与螺母螺纹配合的螺杆、套设在螺母外壁上与螺母铰接的支架以及中部与支架相铰接、一端通过第三拉杆与滑块相铰接的主梁；驱动电机输出动力驱动螺母转动，通过螺纹副传动带动螺杆运动，通过主梁和第三拉杆带动滑块上下运动；所述第二驱动机构包括位于机架上的第二驱动电机和由第二驱动电机驱动的第二偏心轮，该第二偏心轮与主梁的另一端相铰接；第二驱动电机输出动力驱动第二偏心轮转动，通过主梁和第三拉杆带动滑块上下运动。

进一步，所述第一动力组件包括位于机架上的第一驱动电机以及与第一驱动电机输出轴通过带传动连接的同步轴，该同步轴的两轴端固连有第一偏心轮。

优选的，所述第一拉杆和/或第二拉杆为长度可调节的连杆结构，该连杆结构包括支座、位于支座内且两轴端与支座相铰接的蜗杆、位于支座内与蜗杆相啮合的蜗轮以及通过螺纹连接穿设在蜗轮上的上螺杆和下螺杆，且上、下螺杆均穿出支座；蜗杆的一轴端连接有电机，电机启动，驱动蜗轮蜗杆传动，从而带动上螺杆和下螺杆沿蜗轮上下移动实现长度可调；所述蜗轮内设有与上螺杆相配合的上螺纹和与下螺杆相配合的下螺纹，上螺纹与下螺纹的螺纹螺距不等；所述上螺杆和下螺杆的外柱面设有两个相互对称的平面，在支座的相应位置开设有与上、下螺杆相适配构成移动副的通孔。

再者，所述第一拉杆和/或第三拉杆为长度可调节的连杆结构，该连杆结构包括支座、位于支座内且两轴端与支座相铰接的蜗杆、位于支座内与蜗杆相啮合的蜗轮以及通过螺纹连接穿设在蜗轮上的上螺杆和下螺杆，且上、下螺杆均穿出支座；蜗杆的一轴端连接有电机，电机启动，驱动蜗轮蜗杆传动，从而带动上螺杆和下螺杆沿蜗轮上下移动实现长度可调；所述蜗轮内设有与上螺杆相配合的上螺纹和与下螺杆相配合的下螺纹，上螺纹与下螺纹的螺纹螺距不等；所述上螺杆和下螺杆的外柱面设有两个相互对称的平面，在支座的相应位置开设有与上、下螺杆相适配构成移动副的通孔。

进一步，所述第三拉杆为长度可调节的连杆结构，该连杆结构包括支座、位于支座内且两轴端与支座相铰接的蜗杆、位于支座内与蜗杆相啮合的蜗轮以及通过螺纹连接穿设在蜗轮上的上螺杆和下螺杆，且上、下螺杆均穿出支座；蜗杆的一轴端连接有电机，电机启动，驱动蜗轮蜗杆传动，从而带动上螺杆和下螺杆沿蜗轮上下移动实现长度可调；所述蜗轮内设有与上螺杆相配合的上螺纹和与下螺杆相配合的下螺纹，上螺纹与下螺纹的螺纹螺距不等；所述上螺杆和下螺杆的外柱面设有两个相互对称的平面，在支座的相应位置开设有与上、下螺杆相适配构成移动副的通孔。

再者，所述第一偏心轮的偏心距大于第二偏心轮的偏心距，第一驱动机构带动滑块实现高速、轻载、非工作行程运动时第二驱动机构处于自锁状态，第二驱动机构带动滑块实现低速、重载、工进行程运动时第一驱动机构处于自锁装置；或第一偏心轮的偏心距小于第二偏心轮的偏心距，第一驱动机构带动滑块实现低速、重载、工进行程运动时第二驱动机构处于自锁装置，第二驱动机构带动滑块实现高速、轻载、非工作行程运动时第一驱动机构处于自锁装置。

优选的，所述螺杆的运动行程大于第二偏心轮的运动行程，第一驱动机构带动滑块实现高速、轻载、非工作行程运动，第二驱动机构带动滑块实现低速、重载、工进行程运动；或螺杆的运动行程小于第二偏心轮的运动行程，第一驱动机构带动滑块实现低速、重载、工进行程运动，第二驱动机构带动滑块实现高速、轻载、非工作行程运动。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)、本实用新型充分利用连杆机构的非线性运动特性和特定位置的自锁特性或螺纹副传动的自锁特性，根据数控折弯机的实际工况特点，采用两个驱动机构实现折弯机的快下、工进和返程动作；其中用快速、低负载、大行程的驱动机构实现快下和回程动作；采用慢速、小行程、重负载的驱动机构实现工进折弯，有效提高了性能，降低成本，实现高速重载，对推动数控折弯机由传统的液压驱动方式向机械电伺服驱动方式发展具有重要意义。

(2)、本实用新型中因连杆机构的非线性运动特性，在驱动电机匀速转动情况下，连杆机构在其上、下死点位置的速度较低，而在中间位置速度较高、动作平缓、无冲击。

(3)、本实用新型中采用快速大行程驱动机构实现快下和返程动作，采用慢速小行程且兼具更大增力效果的驱动机构实现工进动作，两个驱动机构，配合动作，可大幅提升伺服电机的功率利用率，从而实现重载大吨位折弯机，克服行业内的技术瓶颈；

(4)、本实用新型因大幅提升伺服电机的功率利用率，同吨位的折弯机可采用更小的驱动电机，无需价格昂贵的重载、高精滚珠丝杠，改用普通的曲柄和连杆等零件，有效地降低了制作成本，且免维护、可靠性高；

(5)、本实用新型可根据不同的工艺需求，分别驱动第一驱动机构和第二驱动机构，两者配合动作，实现多种加工模式，组合灵活；

(6)、本实用新型的第一连杆、第二连杆和第三连杆可设置为长度可调节的连杆结构，当更换不同模具时，可通过调整连杆长度实现调整上、下滑块的间距，适应范围大且调整精度高；

(7)、本实用新型中利用2个左右对称设置的第二驱动电机异步运行可调节上模和下模的平行度偏差，使下滑块左右侧不平行，可实现带锥度的折弯。

附图说明

图1为现有技术中折弯机的结构示意图；

图2为现有技术中板材折弯示意图；

图3为本实用新型中实施例1的原理示意图；

图4为本实用新型中实施例1的结构示意图一；

图5为本实用新型中实施例1的结构示意图二；

图6为本实用新型中实施例1的局部剖视图；

图7为本实用新型中连杆结构的结构示意图；

图8为本实用新型连杆结构中蜗轮蜗杆的连接示意图；

图9为本实用新型连杆结构中蜗轮、上螺杆和下螺杆的连接示意图；

图10为本实用新型连杆结构中上螺杆和下螺杆的端面示意图；

图11(a)～11(c)为本实用新型实施例1中快下阶段的运动示意图；

图12(a)～12(b)为本实用新型实施例1中工进阶段的运动示意图；

图13为本实用新型中连杆机构的非线性运动特性示意图；

图14为本实用新型中实施例3的原理示意图；

图15为本实用新型中实施例3的结构示意图一；

图16为本实用新型中实施例3的结构示意图二；

图17为本实用新型中实施例3的局部剖视图；

图18(a)～18(c)为本实用新型实施例3中快下阶段的运动示意图；

图19为本实用新型实施例3中工进阶段的运动示意图；

图20为本实用新型中实施例5的原理示意图；

图21为本实用新型中实施例5的结构示意图一；

图22为本实用新型中实施例5的结构示意图二；

图23为本实用新型中实施例5的局部剖视图；

图24为本实用新型中实施例5的间隙消除机构的结构示意图；

图25为本实用新型中实施例5的间隙消除机构的剖面示意图；

图26为本实用新型中实施例5的螺母锥度示意图；

图27为本实用新型中实施例5的螺母上沟槽示意图；

图28(a)～28(b)为本实用新型实施例5中快下阶段的运动示意图；

图29为本实用新型实施例5中工进阶段的运动示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

实施例1

如图3所示，本实用新型一种基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，包括机架1、下模2、滑块3和下模4。滑块3可沿机架1上下运动，滑块3上左右对称设置有用于导向滑动的导向槽24，机架1上相对应位置设有插入导向槽24可沿导向槽24上下滑动的导向块25，导向槽24和导向块25构成导向组件。上模4固定设置在滑块3上，下模2固定设置在机架1上，上模4和下模2相互配合实现折弯。

如图4和图5所示，滑块3上连接有用于驱动滑块实现不同速度和行程范围的第一驱动机构和第二驱动机构。第一驱动机构包括第一动力组件、第一偏心轮5、第一拉杆6和主梁7，2个第一偏心轮5左右对称设置，由同一个第一动力组件驱动，每一第一偏心轮5上转动副连接有第一拉杆6，主梁7的一端与滑块3相铰接，主梁的中部与第一拉杆相铰接。其中第一动力组件包括位于机架上的第一驱动电机14以及与第一驱动电机输出轴通过带传动连接的同步轴15，该同步轴15的两轴端固连有第一偏心轮5。同步轴15两端与机架相铰接，带传动包括与第一驱动电机14输出轴相连接的主动轮、设于同步轴15上的从动轮以及绕设在主动轮和从动轮上实现传动的同步带。第一驱动电机14启动，通过带传动驱动同步轴15转动，同时带动同轴设置的左右两侧的第一偏心轮5转动，通过第一拉杆6和主梁7带动滑块3沿着机架上下运动。

如图4和图6所示，本实用新型的第二驱动机构左右对称设置，第二驱动机构包括第二驱动电机8、第二偏心轮9和第二拉杆10，第二驱动电机8设置在机架上，其输出轴上连接有第二偏心轮9，并带动第二偏心轮9转动。第二偏心轮9与第二拉杆10的一端相铰接，第二拉杆10的另一端与主梁的一端相铰接。第二驱动电机8输出动力驱动第二偏心轮9转动，通过第二拉杆10和主梁7带动滑块3沿着机架上下运动。本实用新型中可利用2个左右对称设置的第二驱动电机异步运行可调节上模和下模的平行度偏差，使下滑块左右侧不平行，可实现带锥度的折弯。

如图7、图8和图9所示，本实用新型的第一拉杆6和/或第二拉杆10为长度可调节的连杆结构，该连杆结构包括支座16、蜗杆17、蜗轮18、上螺杆19、下螺杆20和电机21。电机21与蜗杆17的一轴端固定连接，用于驱动蜗杆17旋转。蜗杆17位于支座16内、且两轴端与支座16相铰接，蜗轮18位于支座16内，与蜗杆相啮合构成蜗轮蜗杆传动副。蜗轮18内设有与上螺杆相配合的上螺纹和与下螺杆相配合的下螺纹，上螺纹与下螺纹的螺纹螺距不等。上螺杆19和下螺杆20通过螺纹连接穿设在蜗轮18上，且上、下螺杆均穿出支座16，伸出的上螺杆19和下螺杆20用于铰接其他零部件。电机21启动，驱动蜗轮蜗杆传动，从而带动上螺杆19和下螺杆20沿蜗轮上下移动实现连杆结构长度可调。上螺纹的螺距为P1，下螺纹的螺距为P2，蜗轮旋转一周，连杆结构可实现的长度调整量Δ＝P1-P2，有效提高了连杆的调整精度。如图10所示，上螺杆19和下螺杆20的外柱面设有两个相互对称的平面22，在支座的相应位置开设有与上、下螺杆相适配构成移动副的通孔23，该通孔23上与平面22相配合导向的面亦为平面，与螺纹面相配合的面可为螺纹面，亦可选用其他可具有导向作用的面。

本实用新型中第一偏心轮5的偏心距大于第二偏心轮9的偏心距，第一驱动机构带动滑块实现高速大行程运动，第二驱动机构带动滑块实现低速小行程运动；或第一偏心轮的偏心距小于第二偏心轮的偏心距，第一驱动机构带动滑块实现低速小行程运动，第二驱动机构带动滑块实现高速大行程运动。折弯机的工况是典型的变速、变载荷工况，其快下和返程阶段为高速、低负载大行程的运动阶段，工进阶段为低速、大负载小行程的运动阶段。因此本实用新型采用第一驱动机构带动滑块实现快下和返程阶段，第二驱动机构带动滑块实现工进阶段。如图11(a)所示，滑块3位于上死点，即第一偏心轮5和第一拉杆6共线且重合，第二偏心轮9和第二拉杆10共线但不重合。本实用新型的快下阶段如图11(b)所示，第一驱动电机14启动，通过带传动驱动同步轴15转动，同时带动同轴设置的左右两侧的第一偏心轮5转动其转速为ω1，通过第一拉杆6和主梁7带动滑块3快速下行；此时第二驱动电机8启动，输出动力驱动第二偏心轮9转动，两个第二偏心轮9的转速为ω2和ω3，实时动态保持第二偏心轮9和第二拉杆10共线但不重合状态，即第二驱动机构处于自锁装置。

达到图11(c)所示位置即快下阶段结束，此时滑块3位于下死点，即第一偏心轮5和第一拉杆6共线，但两者不重合，此时第一驱动机构处于自锁位置，即第一驱动电机14仅需要提供很小的驱动扭矩，甚至不提供驱动扭矩，即可承受很大的折弯载荷。在整个快下阶段中，第二偏心轮9和第二拉杆10实时动态保持共线不重合状态。本实用新型因为第一偏心轮5的偏心距长度大，且第一拉杆与主梁的铰接位置位于主梁的中部，因此可实现快下阶段的快速下行，行程大的效果。本实用新型充分利用了滑块处于上死点和下死点两个位置时，机构处于自锁位置。如图13所示，另外，连杆机构典型的非线性运动特性，在快下动作开始和结束时，速度低，冲击小。

如图12(a)所示，在整个工进过程中，第一偏心轮5和第一拉杆6需实时动态保持共线但不重合的状态，第一驱动机构处于自锁状态，以承受很大的折弯载荷；左右两侧对称设置的第二驱动电机8启动，输出动力驱动第二偏心轮9转动，通过第二拉杆10和主梁7带动滑块3慢速下行，大输出力下降，实现工进折弯。当上、下模出现平行度偏差时，左右两侧的第二驱动电机8反向或者同方向不同转速对平行度进行微调，左右两侧的下驱动电机8的转速分别为ω2和ω3。如图12(b)所示，滑块达到下死点，第二偏心轮9和第二拉杆10共线且重合，当待折弯板厚度不同，折弯角度不同时，工进结束也不一定位于下死点，也可位于其他点，折弯过程完成。因为第二偏心轮9的偏心距长度较小，且位于主梁的另一端，利用杠杆原理，因此具有较大的增力效果，且速度慢，满足工况要求。本实用新型中可将快下阶段和工进阶段进行组合，实现不同的加工模式，依据工况不同采取不同的工作模式，达到轻载快速、重载慢速的效果，提升驱动电机功率利用率。

快速模式：仅采用快下阶段，即当进行薄板折弯时，由于负载小，第二偏心轮9和第二拉杆10实时动态保持共线但不重合状态，仅通过第一驱动机构驱动滑块上下运动即可完成折弯加工，且速度快；

重载模式：先快下阶段后工进阶段，即先进行快下动作，再进行工进动作，滑块达到下死点，折弯完成；

混合模式：快下阶段和工进阶段同时动作

小开口折弯模式：滑块不完全停留在下死点，仅仅向上动作微小距离，滑块在小行程范围内直线运动进行折弯，该模式仅适合小尺寸、简单的零件进行折弯，效率高。

实施例2

实施例2的结构与实施例1的结构相同，区别之处在于：第一偏心轮5的偏心距小于第二偏心轮9的偏心距，第一驱动机构带动滑块实现低速小行程运动，第二驱动机构带动滑块实现高速大行程运动。折弯机的工况是典型的变速、变载荷工况，其快下和返程阶段为高速、低负载大行程的运动阶段，工进阶段为低速、大负载小行程的运动阶段。因此本实用新型采用第二驱动机构带动滑块实现快下和返程阶段，第一驱动机构带动滑块实现工进阶段。

实施例3

如图14所示，本实用新型一种基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，包括机架1、下模2、滑块3和下模4。滑块3可沿机架1上下运动，滑块3上左右对称设置有用于导向滑动的导向槽24，机架1上相对应位置设有插入导向槽24可沿导向槽24上下滑动的导向块25。上模4固定设置在滑块3上，下模2固定设置在机架1上，上模4和下模2相互配合实现折弯。

如图15和图16所示，滑块3上连接有用于驱动滑块实现不同速度和行程范围的第一驱动机构和第二驱动机构。第一驱动机构包括第一动力组件、第一偏心轮5、第一拉杆6、主梁7和第三拉杆11，2个第一偏心轮5左右对称设置，由同一个第一动力组件驱动，每一第一偏心轮5上转动副连接有第一拉杆6，第三拉杆11的一端与滑块3相铰接，另一端与主梁7的一端的相铰接，主梁7的中部与第一拉杆6相铰接。其中第一动力组件包括位于机架上的第一驱动电机14以及与第一驱动电机输出轴通过带传动连接的同步轴15，该同步轴15的两轴端固连有第一偏心轮5。同步轴15两端与机架相铰接，带传动包括与第一驱动电机14输出轴相连接的主动轮、设于同步轴15上的从动轮以及绕设在主动轮和从动轮上实现传动的同步带。第一驱动电机14启动，通过带传动驱动同步轴15转动，同时带动同轴设置的左右两侧的第一偏心轮5转动，通过第一拉杆6、主梁7和第三拉杆11带动滑块3沿着机架上下运动。

如图15和图17所示，本实用新型的第二驱动机构左右对称设置，第二驱动机构包括第二驱动电机8和第二偏心轮9，第二驱动电机8设置在机架上，其输出轴上连接有第二偏心轮9，并带动第二偏心轮9转动。第二偏心轮9与主梁7的另一端相铰接。第二驱动电机8输出动力驱动第二偏心轮9转动，通过主梁7和第三拉杆11带动滑块3沿着机架上下运动。本实用新型中可利用2个左右对称设置的第二驱动电机异步运行可调节上模和下模的平行度偏差，使下滑块左右侧不平行，可实现带锥度的折弯。

本实用新型的第一拉杆6和/或第三拉杆11为长度可调节的连杆结构，如图7、图8和图9所示，该连杆结构包括支座16、蜗杆17、蜗轮18、上螺杆19、下螺杆20和电机21。电机21与蜗杆17的一轴端固定连接，用于驱动蜗杆17旋转。蜗杆17位于支座16内、且两轴端与支座16相铰接，蜗轮18位于支座16内，与蜗杆相啮合构成蜗轮蜗杆传动副。蜗轮18内设有与上螺杆相配合的上螺纹和与下螺杆相配合的下螺纹，上螺纹与下螺纹的螺纹螺距不等。上螺杆19和下螺杆20通过螺纹连接穿设在蜗轮18上，且上、下螺杆均穿出支座16，伸出的上螺杆19和下螺杆20用于铰接其他零部件。电机21启动，驱动蜗轮蜗杆传动，从而带动上螺杆19和下螺杆20沿蜗轮上下移动实现连杆结构长度可调。上螺纹的螺距为P1，下螺纹的螺距为P2，蜗轮旋转一周，连杆结构可实现的长度调整量Δ＝P1-P2，有效提高了连杆的调整精度。如图10所示，上螺杆19和下螺杆20的外柱面设有两个相互对称的平面22，在支座的相应位置开设有与上、下螺杆相适配构成移动副的通孔23，该通孔23上与平面22相配合导向的面亦为平面，与螺纹面相配合的面可为螺纹面，亦可选用其他可具有导向作用的面。

本实用新型中第一偏心轮5的偏心距大于第二偏心轮9的偏心距，第一驱动机构带动滑块实现高速大行程运动，第二驱动机构带动滑块实现低速小行程运动；或第一偏心轮的偏心距小于第二偏心轮的偏心距，第一驱动机构带动滑块实现低速小行程运动，第二驱动机构带动滑块实现高速大行程运动。折弯机的工况是典型的变速、变载荷工况，其快下和返程阶段为高速、低负载大行程的运动阶段，工进阶段为低速、大负载小行程的运动阶段。因此本实用新型采用第一驱动机构带动滑块实现快下和返程阶段，第二驱动机构带动滑块实现工进阶段。

如图18(a)所示，滑块3位于上死点，即第一偏心轮5和第一拉杆6共线且重合，主梁7和第二偏心轮9实时保持垂直。本实用新型的快下阶段如图18(b)所示，第一驱动电机14启动，通过带传动驱动同步轴15转动，同时带动同轴设置的左右两侧的第一偏心轮5转动其转速为ω1，通过第一拉杆6、主梁7和和第三拉杆11带动滑块3快速下行；此时第二驱动电机8启动，输出动力驱动第二偏心轮9转动，两个第二偏心轮9的转速为ω2和ω3，实时动态保持第二偏心轮9和主梁7保持垂直状态，即第二驱动机构处于自锁装置。达到图18(c)所示位置即快下阶段结束，此时滑块3位于下死点，即第一偏心轮5和第一拉杆6共线，但两者不重合，此时第一驱动机构处于自锁位置，即第一驱动电机14仅需要提供很小的驱动扭矩，甚至不提供驱动扭矩，即可承受很大的折弯载荷。在整个快下阶段中，主梁7和第二偏心轮9实时保持垂直状态。本实用新型因为第一偏心轮5的偏心距长度大，且第一拉杆与主梁的铰接位置位于主梁的中部，因此可实现快下阶段的快速下行，行程大的效果。本实用新型充分利用了滑块处于上死点和下死点两个位置时，机构处于自锁位置。如图13所示，另外，连杆机构典型的非线性运动特性，在快下动作开始和结束时，速度低，冲击小。

如图19所示，在整个工进过程中，第一偏心轮5和第一拉杆6需实时动态保持共线但不重合的状态，第一驱动机构处于自锁状态，以承受很大的折弯载荷；左右两侧对称设置的第二驱动电机8启动，输出动力驱动第二偏心轮9转动，通过第二拉杆10、主梁7和第三拉杆11带动滑块3慢速下行，大输出力下降，实现工进折弯。当上、下模出现平行度偏差时，左右两侧的第二驱动电机8反向或者同方向不同转速对平行度进行微调，左右两侧的下驱动电机8的转速分别为ω2和ω3。因为第二偏心轮9的偏心距长度较小，且位于主梁的另一端，利用杠杆原理，因此具有较大的增力效果，且速度慢，满足工况要求。

本实用新型中可将快下阶段和工进阶段进行组合，实现不同的加工模式，依据工况不同采取不同的工作模式，达到轻载快速、重载慢速的效果，提升驱动电机功率利用率。

快速模式：仅采用快下阶段，即当进行薄板折弯时，由于负载小，主梁7和第二偏心轮9实时保持垂直状态，仅通过第一驱动机构驱动滑块上下运动即可完成折弯加工，且速度快；

重载模式：先快下阶段后工进阶段，即先进行快下动作，再进行工进动作，滑块达到下死点，折弯完成；

混合模式：快下阶段和工进阶段同时动作；

小开口折弯模式：滑块不完全停留在下死点，仅仅向上动作微小距离，滑块在小行程范围内直线运动进行折弯，该模式仅适合小尺寸、简单的零件进行折弯，效率高。

实施例4

实施例4的结构与实施例3的结构相同，区别之处在于：第一偏心轮5的偏心距小于第二偏心轮9的偏心距，第一驱动机构带动滑块实现低速小行程运动，第二驱动机构带动滑块实现高速大行程运动。折弯机的工况是典型的变速、变载荷工况，其快下和返程阶段为高速、低负载大行程的运动阶段，工进阶段为低速、大负载小行程的运动阶段。因此本实用新型采用第二驱动机构带动滑块实现快下和返程阶段，第一驱动机构带动滑块实现工进阶段。

实施例5

如图20所示，本实用新型一种基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，包括机架1、下模2、滑块3和下模4。滑块3可沿机架1上下运动，滑块3上左右对称设置有用于导向滑动的导向槽24，机架1上相对应位置设有插入导向槽24可沿导向槽24上下滑动的导向块25。上模4固定设置在滑块3上，下模2固定设置在机架1上，上模4和下模2相互配合实现折弯。

如图21和图22所示，滑块3上连接有用于驱动滑块实现不同速度和行程范围的第一驱动机构和第二驱动机构。第一驱动机构左右对称设置，第一驱动机构包括第一动力组件、螺母12、螺杆13、主梁7、第三拉杆11和支架31，第一动力组件包括一驱动电机，该驱动电机与支架31固连，其输出轴与螺母12相连，用于驱动螺母12旋转，螺母12与螺杆13构成螺纹副传动，支架31套设在螺母外壁上与螺母相铰接，支架31与主梁的中部相铰接，主梁的一端与第三拉杆的一端相铰接，第三拉杆的另一端与滑块相铰接。驱动电机启动，驱动螺母12旋转，通过螺纹副传动带动螺杆13运动，通过主梁7和第三拉杆11带动滑块3上下运动。

如图21和图23所示，本实用新型的第二驱动机构左右对称设置，第二驱动机构包括第二驱动电机8和第二偏心轮9，第二驱动电机8设置在机架上，其输出轴上连接有第二偏心轮9，并带动第二偏心轮9转动。第二偏心轮9与主梁的一端相铰接。第二驱动电机8输出动力驱动第二偏心轮9转动，通过主梁7和第三拉杆11带动滑块3沿着机架上下运动。本实用新型中可利用2个左右对称设置的第二驱动电机异步运行可调节上模和下模的平行度偏差，使下滑块左右侧不平行，可实现带锥度的折弯。本实用新型的螺母12上设有间隙消除机构，如图24和图25所示，该间隙消除机构包括压块26、导杆28和弹簧29。压块26与螺母12一同穿设在螺杆13上，压块26的螺距和螺纹旋转方向与螺母12相同。沿压块26圆周方向均布开设有若干个沉孔27，导杆28上具有一导杆台阶面，该导杆28穿过沉孔27与螺母12固定连接，导杆的外壁面与压块的孔壁面之间构成移动副，起导向作用。弹簧29套设在导杆28上，弹簧29的一端抵接于导杆台阶面，另一端抵接于沉孔台阶面，并形成预压载荷，进而达到间隙消除的目的，弹簧29优选用蝶形弹簧。因通常螺纹副传动时仅有几圈螺纹承受载荷，极易引起螺纹的应力集中破坏，存在很大的质量安全隐患，如图26所示，本实用新型中在螺母12的螺纹上设有用于减小应力集中的倾角为a的锥度，可有效减小螺纹啮合的刚度，增加受力螺纹的圈数，进而达到减小应力集中的目的。螺纹传动限制速度和载荷能力的主要制约因素是润滑和散热问题，因此如图27所示，本实用新型在螺母12的螺纹开设若干个沿圆周方向布置且沿轴线方向延伸的沟槽30，通过沟槽30，润滑油易流入螺纹内部，便于润滑和散热，且对螺纹副传动的刚度和强度无影响。

本实用新型的第三拉杆11为长度可调节的连杆结构，如图7、图8和图9所示，该连杆结构包括支座16、蜗杆17、蜗轮18、上螺杆19、下螺杆20和电机21。电机21与蜗杆17的一轴端固定连接，用于驱动蜗杆17旋转。蜗杆17位于支座16内、且两轴端与支座16相铰接，蜗轮18位于支座16内，与蜗杆相啮合构成蜗轮蜗杆传动副。蜗轮18内设有与上螺杆相配合的上螺纹和与下螺杆相配合的下螺纹，上螺纹与下螺纹的螺纹螺距不等。上螺杆19和下螺杆20通过螺纹连接穿设在蜗轮18上，且上、下螺杆均穿出支座16，伸出的上螺杆19和下螺杆20用于铰接其他零部件。电机21启动，驱动蜗轮蜗杆传动，从而带动上螺杆19和下螺杆20沿蜗轮上下移动实现连杆结构长度可调。上螺纹的螺距为P1，下螺纹的螺距为P2，蜗轮旋转一周，连杆结构可实现的长度调整量Δ＝P1-P2，有效提高了连杆的调整精度。如图10所示，上螺杆19和下螺杆20的外柱面设有两个相互对称的平面22，在支座的相应位置开设有与上、下螺杆相适配构成移动副的通孔23，该通孔23上与平面22相配合导向的面亦为平面，与螺纹面相配合的面可为螺纹面，亦可选用其他可具有导向作用的面。

本实用新型的螺杆13的运动行程大于第二偏心轮9的运动行程，第一驱动机构带动滑块实现高速大行程运动，第二驱动机构带动滑块实现低速小行程运动。折弯机的工况是典型的变速、变载荷工况，其快下和返程阶段为高速、低负载大行程的运动阶段，工进阶段为低速、大负载小行程的运动阶段。因此本实用新型采用第一驱动机构带动滑块实现快下和返程阶段，第二驱动机构带动滑块实现工进阶段。

如图28(a)和28(b)所示，主梁7和第二偏心轮9实时保持垂直状态。本实用新型的快下阶段如图18(b)所示，驱动电机启动，驱动螺母12旋转，通过螺纹副传动带动螺杆13运动其转速为ω1，通过主梁7和第三拉杆11带动滑块3上下运动；此时第二驱动电机8启动，输出动力驱动第二偏心轮9转动，两个第二偏心轮9的转速为ω2和ω3，实时动态保持第二偏心轮9和主梁7保持垂直状态，即第二驱动机构处于自锁装置。在整个快下阶段中，主梁7和第二偏心轮9实时保持垂直状态。如图13所示，另外，连杆机构典型的非线性运动特性，在快下动作开始和结束时，速度低，冲击小。

如图29所示，左右两侧对称设置的第二驱动电机8启动，输出动力驱动第二偏心轮9转动，通过主梁7和第三拉杆11带动滑块3慢速下行，大输出力下降，实现工进折弯。当上、下模出现平行度偏差时，左右两侧的第二驱动电机8反向或者同方向不同转速对平行度进行微调，左右两侧的下驱动电机8的转速分别为ω2和ω3。因为第二偏心轮9的偏心距长度较小，且位于主梁的另一端，利用杠杆原理，因此具有较大的增力效果，且速度慢，满足工况要求。

本实用新型中可将快下阶段和工进阶段进行组合，实现不同的加工模式，依据工况不同采取不同的工作模式，达到轻载快速、重载慢速的效果，提升驱动电机功率利用率。

快速模式：仅采用快下阶段，即当进行薄板折弯时，由于负载小，主梁7和第二偏心轮9实时保持垂直状态，仅通过第一驱动机构驱动滑块上下运动即可完成折弯加工，且速度快；

重载模式：先快下阶段后工进阶段，即先进行快下动作，再进行工进动作，滑块达到下死点，折弯完成；

混合模式：快下阶段和工进阶段同时动作

小开口折弯模式：滑块不完全停留在下死点，仅仅向上动作微小距离，滑块在小行程范围内直线运动进行折弯，该模式仅适合小尺寸、简单的零件进行折弯，效率高。

实施例6

实施例6的结构与实施例5的结构相同，区别之处在于：本实用新型的螺杆13的运动行程小于第二偏心轮9的运动行程，第一驱动机构带动滑块实现低速小行程运动，第二驱动机构带动滑块实现高速大行程运动。折弯机的工况是典型的变速、变载荷工况，其快下和返程阶段为高速、低负载大行程的运动阶段，工进阶段为低速、大负载小行程的运动阶段。因此本实用新型采用第二驱动机构带动滑块实现快下和返程阶段，第一驱动机构带动滑块实现工进阶段。

Claims (10)

1.一种基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，其特征在于：包括机架(1)、与机架固连用于折弯的下模(2)、可沿机架上下运动的滑块(3)以及与滑块固连、配合下模折弯的上模(4)，所述滑块(3)上连接有用于驱动滑块实现不同速度和行程范围的第一驱动机构和第二驱动机构，其中第二驱动机构左右对称设置；所述滑块(3)和机架(1)的相对应位置上设有用于相互配合导向上滑块上下运动的导向组件。

2.根据权利要求1所述的基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，其特征在于：所述第一驱动机构包括位于机架上的第一动力组件、由第一动力组件驱动的2个对称设置的第一偏心轮(5)、与第一偏心轮相连接的第一拉杆(6)以及一端与滑块(3)相铰接、中部与第一拉杆(6)相铰接的主梁(7)；第一动力组件输出动力驱动第一偏心轮(5)转动，通过第一拉杆(6)和主梁(7)带动滑块(3)上下运动；所述第二驱动机构包括位于机架上的第二驱动电机(8)、由第二驱动电机驱动的第二偏心轮(9)，以及与第二偏心轮相连接的第二拉杆(10)，且第二拉杆与主梁(7)的另一端相铰接；第二驱动电机(8)输出动力驱动第二偏心轮(9)转动，通过第二拉杆(10)和主梁(7)带动滑块(3)上下运动。

3.根据权利要求1所述的基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，其特征在于：所述第一驱动机构包括位于机架上的第一动力组件、由第一动力组件驱动的2个对称设置的第一偏心轮(5)、与第一偏心轮相连接的第一拉杆(6)以及中部与第一拉杆相铰接、一端通过第三拉杆(11)与滑块(3)相铰接的主梁(7)；第一动力组件输出动力驱动第一偏心轮(5)转动，通过第一拉杆(6)、主梁(7)和第三拉杆(11)带动滑块(3)上下运动；所述第二驱动机构包括位于机架上的第二驱动电机(8)和由第二驱动电机驱动的第二偏心轮(9)，该第二偏心轮(9)与主梁(7)的另一端相铰接；第二驱动电机(8)输出动力驱动第二偏心轮(9)转动，通过主梁(7)和第三拉杆(11)带动滑块上下运动。

4.根据权利要求1所述的基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，其特征在于：所述第一驱动机构左右对称设置，该第一驱动机构包括第一动力组件、由第一动力组件驱动的螺母(12)、与螺母螺纹配合的螺杆(13)、套设在螺母外壁上与螺母铰接的支架(31)以及中部与支架(31)相铰接、一端通过第三拉杆(11)与滑块相铰接的主梁(7)；驱动电机输出动力驱动螺母(12)转动，通过螺纹副传动带动螺杆(13)运动，通过主梁(7)和第三拉杆(11)带动滑块上下运动；所述第二驱动机构包括位于机架上的第二驱动电机(8)和由第二驱动电机驱动的第二偏心轮(9)，该第二偏心轮(9)与主梁(7)的另一端相铰接；第二驱动电机(8)输出动力驱动第二偏心轮(9)转动，通过主梁(7)和第三拉杆(11)带动滑块上下运动。

5.根据权利要求2或3所述的基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，其特征在于：所述第一动力组件包括位于机架上的第一驱动电机(14)以及与第一驱动电机输出轴通过带传动连接的同步轴(15)，该同步轴(15)的两轴端固连有第一偏心轮(5)。

6.根据权利要求2所述的基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，其特征在于：所述第一拉杆(6)和/或第二拉杆(10)为长度可调节的连杆结构，该连杆结构包括支座(16)、位于支座内且两轴端与支座相铰接的蜗杆(17)、位于支座内与蜗杆相啮合的蜗轮(18)以及通过螺纹连接穿设在蜗轮上的上螺杆(19)和下螺杆(20)，且上、下螺杆均穿出支座；蜗杆的一轴端连接有电机(21)，电机(21)启动，驱动蜗轮蜗杆传动，从而带动上螺杆(19)和下螺杆(20)沿蜗轮上下移动实现长度可调；所述蜗轮(18)内设有与上螺杆相配合的上螺纹和与下螺杆相配合的下螺纹，上螺纹与下螺纹的螺纹螺距不等；所述上螺杆(19)和下螺杆(20)的外柱面设有两个相互对称的平面(22)，在支座(16)的相应位置开设有与上、下螺杆相适配构成移动副的通孔(23)。

7.根据权利要求3所述的基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，其特征在于：所述第一拉杆(6)和/或第三拉杆(11)为长度可调节的连杆结构，该连杆结构包括支座(16)、位于支座内且两轴端与支座相铰接的蜗杆(17)、位于支座内与蜗杆相啮合的蜗轮(18)以及通过螺纹连接穿设在蜗轮上的上螺杆(19)和下螺杆(20)，且上、下螺杆均穿出支座；蜗杆的一轴端连接有电机(21)，电机(21)启动，驱动蜗轮蜗杆传动，从而带动上螺杆(19)和下螺杆(20)沿蜗轮上下移动实现长度可调；所述蜗轮(18)内设有与上螺杆相配合的上螺纹和与下螺杆相配合的下螺纹，上螺纹与下螺纹的螺纹螺距不等；所述上螺杆(19)和下螺杆(20)的外柱面设有两个相互对称的平面(22)，在支座(16)的相应位置开设有与上、下螺杆相适配构成移动副的通孔(23)。

8.根据权利要求4所述的基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，其特征在于：所述第三拉杆(11)为长度可调节的连杆结构，该连杆结构包括支座(16)、位于支座内且两轴端与支座相铰接的蜗杆(17)、位于支座内与蜗杆相啮合的蜗轮(18)以及通过螺纹连接穿设在蜗轮上的上螺杆(19)和下螺杆(20)，且上、下螺杆均穿出支座；蜗杆的一轴端连接有电机(21)，电机(21)启动，驱动蜗轮蜗杆传动，从而带动上螺杆(19)和下螺杆(20)沿蜗轮上下移动实现长度可调；所述蜗轮(18)内设有与上螺杆相配合的上螺纹和与下螺杆相配合的下螺纹，上螺纹与下螺纹的螺纹螺距不等；所述上螺杆(19)和下螺杆(20)的外柱面设有两个相互对称的平面(22)，在支座(16)的相应位置开设有与上、下螺杆相适配构成移动副的通孔(23)。

9.根据权利要求2或3所述的基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，其特征在于：所述第一偏心轮(5)的偏心距大于第二偏心轮(9)的偏心距，第一驱动机构带动滑块实现高速、轻载、非工作行程运动时第二驱动机构处于自锁状态，第二驱动机构带动滑块实现低速、重载、工进行程运动时第一驱动机构处于自锁装置；或第一偏心轮的偏心距小于第二偏心轮的偏心距，第一驱动机构带动滑块实现低速、重载、工进行程运动时第二驱动机构处于自锁装置，第二驱动机构带动滑块实现高速、轻载、非工作行程运动时第一驱动机构处于自锁装置。

10.根据权利要求4所述的基于多自由度的机械式全电伺服数控折弯机，其特征在于：所述螺杆(13)的运动行程大于第二偏心轮(9)的运动行程，第一驱动机构带动滑块实现高速、轻载、非工作行程运动，第二驱动机构带动滑块实现低速、重载、工进行程运动；或螺杆的运动行程小于第二偏心轮的运动行程，第一驱动机构带动滑块实现低速、重载、工进行程运动，第二驱动机构带动滑块实现高速、轻载、非工作行程运动。

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