CN105834276B - 一种全电伺服压力机用高速冲压机构 - Google Patents

一种全电伺服压力机用高速冲压机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全电伺服压力机用高速冲压机构，包括冲头、螺纹副传动、摆动架、弹簧机构和弹簧驱动装置。螺纹副传动包括螺母、螺杆和驱动电机；螺母的高度位置固定，螺杆能升降。弹簧机构包括弹簧限高锁定装置、摆杆和弹簧；摆杆的一端设有弧形滑槽一；弹簧的一端设有能与弧形滑槽一形成槽轮副的转轴；弹簧限高锁定装置能使弹簧机构的顶部高度位置固定且能锁定。弹簧驱动装置能使摆杆摆动，进而使转轴与弧形滑槽一形成槽轮副。采用上述结构后，在工作行程采用驱动电机驱动，而非工作行程采用弹簧机构，加工效率能够明显提升，降低能耗。而且能够适用不同板厚、不同冲压力的变化，输出力线性度好，且能够适用于高速，重载的应用场合。

Description

一种全电伺服压力机用高速冲压机构
技术领域
本发明涉及一种压力机的冲压装置，特别是一种全电伺服压力机用高速冲压机构。
背景技术
伺服压力机是金属板材加工领域的重要装备，现有技术都是采用单电机或者双电机驱动的平面连杆机构形式，该技术方案结构简单，可靠性好，易于控制，目前采用较多。但仍然存在着以下不足：1.上技术方案由于冲头的整个行程都是通过电机驱动实现的，而冲头的整个行程包括工作行程（也即冲压行程，以下类同）和非工作行程（也即非冲压行程，以下类同），其中工作行程很短，而非工行程很长，工作行程约占整个行程的1/6~1/10，因此导致冲压速度较低，影响加工效率。
2.冲压力输出线性度较差。
3.对不同板厚的适应性较差，为适应不同板厚变化，通常增加机构的行程和电机功率，
增加了能耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种全电伺服压力机用高速冲压机构，该全电伺服压力机用高速冲压机构在工作行程采用驱动电机驱动完成，而非工作行程采用弹簧机构来实现，加工效率能够明显提升，降低能耗。而且能够适用不同板厚、不同冲压力的变化，输出力线性度好，且能够适用于高速，重载的应用场合。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种全电伺服压力机用高速冲压机构，包括冲头、螺纹副传动、摆动架、弹簧机构和弹簧驱动装置；摆动架设置在螺纹副传动和弹簧机构之间，且摆动架分别与冲头、螺纹副传动和弹簧机构相铰接。
螺纹副传动包括螺母、螺杆、主连杆和驱动电机；螺母的高度位置固定，螺杆与螺母相配合，且螺杆能在驱动电机的作用下实现高度升降及锁定；主连杆的一端与螺杆相铰接，主连杆的另一端与摆动架相铰接。
弹簧机构包括副连杆、弹簧限高锁定装置、摆杆和弹簧；副连杆的一端与摆动架相铰接，副连杆的另一端分别与弹簧限高锁定装置及摆杆相铰接；摆杆的另一端设置有弧形滑槽一；弹簧的一端通过支撑杆与机架相铰接，弹簧的另一端设置有能与弧形滑槽一形成槽轮副的转轴；弹簧限高锁定装置能使弹簧机构的顶部高度位置固定且能锁定。
弹簧驱动装置能使摆杆摆动，进而使上述转轴与弧形滑槽一形成槽轮副。
所述弹簧驱动装置为锥齿轮驱动，锥齿轮驱动包括相互啮合的锥齿轮一和锥齿轮二，锥齿轮一固定套装在螺杆的外周，锥齿轮二驱动摆杆的摆动。
锥齿轮驱动还包括芯轴、同步带二和同步带轮；芯轴的一端与摆杆固定连接，芯轴的另一端通过同步带轮和同步带二与锥齿轮二相连接。
邻近同步带二一端的芯轴上还固定设置有轮盘，该轮盘上设置有销；位于芯轴侧的同步带轮上设置有弧形滑槽二，该弧形滑槽二能与轮盘上的销形成槽轮副。
所述弹簧限高锁定装置包括滑块和水平滑轨，水平滑轨固定设置在机架上，滑块固定设置在副连杆的顶端，滑块能与水平滑轨形成滑动副，且滑块能够自锁。
所述螺纹副传动还包括同步带一，驱动电机通过同步带一套装在螺母的外周，并带动螺母旋转。
所述弹簧机构中弹簧有两根或多根，所有弹簧均相互平行设置，所有弹簧的一端均固定在支撑杆上，所有弹簧的另一端均固定在转轴上。
所述摆动架呈L型，摆动架的尖端拐角朝上，且该尖端拐角与冲头的顶端相铰接；摆动架的其中一个自由端与螺纹副传动中的主连杆相铰接；摆动架的另一个自由端与弹簧机构中的副连杆相铰接。
所述摆动架为V型架或三角形架，该V型架或三角形架上具有三个铰接点，三个铰接点分别与主连杆、冲头和副连杆相铰接。
所述摆动架为直线杆，该直线杆上设置有两个铰接点，一个铰接点与冲头相铰接；另一个铰接点分别与主连杆和副连杆相铰接。
本发明采用上述结构后，具有如下有益效果：
1.驱动电机仅在工作行程时提供必要的冲压力，而在非工作行程则由弹簧机构的动作实
现，动作快速，且节能。
2. 冲压力主要由螺纹副传动来实现，故冲压力线性，有利于拉深等成型加工。
3.能够适应不同板厚的变化，而无需加大驱动电机功率和机构的行程。
附图说明
图1显示了本发明全电伺服压力机用高速冲压机构的结构示意图。
图2显示了本发明全电伺服压力机用高速冲压机构不包含机架时的侧视图。
图3显示了本发明全电伺服压力机用高速冲压机构的原理示意图。
图4显示了本发明弹簧驱动装置的原理示意图。
图5显示了本发明弹簧驱动装置的结构示意图。
图6显示了螺纹副传动的局部放大示意图。
图7显示了摆杆、芯轴及轮盘的结构示意图。
图8显示了弹簧机构的结构示意图。
图9显示了轮盘上的销与弧形滑槽二形成槽轮副的结构示意图。
图10显示了冲头位于上死点，朝向板面运动（即非工作行程1）时的起始运动原理图。
图11显示了非工作行程1起始运动时，轮盘上的销在弧形滑槽二中的位置示意图。
图12显示了冲头从上死点朝向板面运动（即非工作行程1）且运动至中部的原理图。
图13显示了非工作行程1运动至中部时，轮盘上的销在弧形滑槽二中的位置示意图。
图14显示了冲头接触板材开始冲压过程（即工作行程）时的机构运动原理图。
图15显示了板材冲断，冲头位于下死点时的机构运动原理图。
图16显示了板材冲断，冲头位于下死点时，轮盘上的销在弧形滑槽二中的位置示意图。
其中有：
1.机架；
2.冲头；
31.螺杆；32.螺母；33.驱动电机；34.同步带一；35.主连杆；
4.摆动架；
51.副连杆；52.滑块；53.摆杆；531.弧形滑槽一；54.弹簧；541.转轴；542.支撑杆；55.小连杆；
61.锥齿轮一；62.锥齿轮二；63.同步带二；64.芯轴；65.轮盘；651.销；66.同步带轮；661.弧形滑槽二。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
全电伺服压力机的整个行程包括工作行程和非工作行程，其中工作行程很短，而非工行程很长，工作行程约占整个行程的1/6~1/10。
上述工作行程是从冲头接触板材开始的冲压过程，也即冲压行程。
非工作行程，也即非冲压行程，本申请中将其分解为非工作行程1和非工作行程2。其中，非工作行程1指冲头位于上死点，朝向板面运动过程。非工作行程2指冲头从下死点朝向上死点运动过程，也即回程。
如图1和图2所示，一种全电伺服压力机用高速冲压机构，包括机架1、冲头2、螺纹副传动、摆动架4、弹簧机构和弹簧驱动装置。
摆动架设置在螺纹副传动和弹簧机构之间，且摆动架分别与冲头、螺纹副传动和弹簧机构相铰接。
摆动架有如下3种优选实施例。
实施例1
如图1所示，摆动架呈L型，摆动架的尖端拐角朝上，且该尖端拐角与冲头的顶端相铰接；摆动架的其中一个自由端与螺纹副传动中的主连杆相铰接；摆动架的另一个自由端与弹簧机构中的副连杆相铰接。
实施例2
摆动架为V型架或三角形架，该V型架或三角形架上具有三个铰接点，三个铰接点分别与主连杆、冲头和副连杆相铰接。
实施例3
摆动架为直线杆，该直线杆上设置有两个铰接点，一个铰接点与冲头相铰接；另一个铰接点分别与主连杆和副连杆相铰接。
如图6所示，螺纹副传动包括螺母32、螺杆31、主连杆35、同步带一34和驱动电机33。
螺母的高度位置固定，螺杆与螺母相配合，且螺杆能在驱动电机的作用下实现高度升降及锁定。优选，同步带一套装在螺母的外周。
如图3所示，驱动电机通过同步带带动螺母旋转，螺母旋转带动螺杆上下运动，螺杆上下运动带动主连杆运动，通过摆动架（相当于杠杆）实现对冲头的上下驱动。
主连杆的一端与螺杆相铰接，主连杆的另一端与摆动架相铰接。
如图8所示，弹簧机构包括副连杆51、弹簧限高锁定装置、摆杆53和弹簧54。
副连杆的一端，优选副连杆的底端，与摆动架相铰接，副连杆的顶端与弹簧限高锁定装置相铰接，副连杆的顶部侧端通过小连杆55与摆杆相铰接。
上述弹簧限高锁定装置能使弹簧机构的顶部高度位置固定且能锁定。弹簧限高锁定装置优选包括滑块52和水平滑轨，水平滑轨固定设置在机架上，滑块固定设置在副连杆的顶端，滑块能与水平滑轨形成滑动副，且滑块能够自锁。
摆杆类似一把摆锤，摆锤的顶部通过小连杆与副连杆相铰接；摆锤的锤部设置有弧形滑槽一531。
弹簧可以为一根，也可以为两根或多根，优选为两根，且左右对称布置。所有弹簧均相互平行设置，所有弹簧的一端均固定在支撑杆542上，所有弹簧的另一端均固定在转轴541上。
上述支撑杆两端与机架相铰接，上述转轴能与弧形滑槽一能形成槽轮副。
弹簧驱动装置能使摆杆摆动，进而使上述转轴与弧形滑槽一形成槽轮副。
如图4和图5所示，弹簧驱动装置优选为锥齿轮驱动，但作为替换，也可以为其他结构的驱动装置。
锥齿轮驱动包括相互啮合的锥齿轮一61、锥齿轮二62、同步带二63、芯轴64、轮盘65和同步带轮66。
锥齿轮一固定套装在螺杆的外周，与并螺杆刚性连接；锥齿轮二驱动摆杆的摆动。
芯轴的一端与摆杆固定连接后，再与机架相铰接；芯轴的另一端通过同步带轮和同步带二与锥齿轮二相连接。
如图7所示，邻近同步带二一端的芯轴上还固定设置有轮盘，该轮盘上设置有销651；位于芯轴侧的同步带轮上设置有弧形滑槽二661，该弧形滑槽二能与轮盘上的销形成如图9所示的槽轮副。
本发明的全电伺服压力机用高速冲压机构，工作原理如下。
1.非工作行程1时，弹簧机构运动
如图10所示，当冲压机位于非工作行程1时，冲头位于上死点，距离板面的高度为h0，弧形滑槽二与销在图11所示位置。驱动电机通过同步带一带动螺母、锥齿轮一以ω0旋转，螺杆向下以V1速度向下运动，冲头以V0速度向下运动。锥齿轮一与锥齿轮二啮合，锥齿轮二以ω1速度旋转，锥齿轮二通过同步带二带动与摆杆的芯轴铰接的同步带轮（上面设置有弧形滑槽二）以ω2速度旋转。弧形滑槽二与销形成槽轮副，锥齿轮二的旋转带动摆杆以ω2旋转。弹簧与摆杆间的锐形夹角θ逐渐减小。
随着冲头向下运动，如图12所示，距离板面的高度为h1，冲头距离板面的高度逐渐减小。
冲头向下运动过程中，弧形滑槽二与销在图13所示位置；转轴由A点经B点，滑向C点，摆杆转动，摆杆与弹簧有个临界点，临界点时弹簧与摆杆共线，临界点度过之后，转轴会高速滑向C点，此时滑块的运动完全由弹簧力驱动，临界点前，滑块的运动主要由螺纹副驱动，弹簧机构作用不大。
弹簧与摆杆间的锐形夹角θ逐渐减小，当冲头距离板面的高度减小时，弹簧上端的转轴沿弧形滑槽一以速度V5加速滑动（也即由A——B——C点），摆杆以ω3加速旋转，滑块以速度V4快速向左运动，冲头以速度V6加速运动。此时的V6主要由弹簧力驱动实现的，比驱动电机驱动的速度V0明显高出很大，为非工作行程1的快速运动，直至冲头与板材接触为止。
2.工作行程，驱动电机作用
如图14所示，冲头在弹簧机构的作用下，快速向下运动并接触到板材。此时滑块与上部水平导轨间的压力角α较小，能够形成自锁。即在冲压力的作用下，滑块不会向左运动，不论冲裁力的大小。工作行程开始，此时右侧的弹簧机构形成自锁，靠左侧的螺杆传动实现冲压。
如图15所示，板材冲断后，冲裁力瞬时消失，驱动电机停止转动，左侧螺杆停止运动。右侧弹簧机构在弹簧力的作用下继续运动，直至弧形滑槽二与销在图16所示位置接触，起到限位作用，达到下死点。
非工作行程2，冲头自下死点向上死点的运动与上述运动过程相反，原理相同，此处不做详细说明。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全电伺服压力机用高速冲压机构，其特征在于：包括冲头、螺纹副传动、摆动架、弹簧机构和弹簧驱动装置；摆动架设置在螺纹副传动和弹簧机构之间，且摆动架分别与冲头、螺纹副传动和弹簧机构相铰接；
螺纹副传动包括螺母、螺杆、主连杆和驱动电机；螺母的高度位置固定，螺杆与螺母相配合，且螺杆能在驱动电机的作用下实现高度升降及锁定；主连杆的一端与螺杆相铰接，主连杆的另一端与摆动架相铰接；
弹簧机构包括副连杆、弹簧限高锁定装置、摆杆和弹簧；副连杆的一端与摆动架相铰接，副连杆的另一端分别与弹簧限高锁定装置及摆杆相铰接；摆杆的另一端设置有弧形滑槽一；弹簧的一端通过支撑杆与机架相铰接，弹簧的另一端设置有能与弧形滑槽一形成槽轮副的转轴；弹簧限高锁定装置能使弹簧机构的顶部高度位置固定且能锁定；
弹簧驱动装置能使摆杆摆动，进而使上述转轴与弧形滑槽一形成槽轮副。
2.根据权利要求1所述的全电伺服压力机用高速冲压机构，其特征在于：所述弹簧驱动装置为锥齿轮驱动，锥齿轮驱动包括相互啮合的锥齿轮一和锥齿轮二，锥齿轮一固定套装在螺杆的外周，锥齿轮二驱动摆杆的摆动。
3.根据权利要求2所述的全电伺服压力机用高速冲压机构，其特征在于：锥齿轮驱动还包括芯轴、同步带二和同步带轮；芯轴的一端与摆杆固定连接，芯轴的另一端通过同步带轮和同步带二与锥齿轮二相连接。
4.根据权利要求3所述的全电伺服压力机用高速冲压机构，其特征在于：邻近同步带二一端的芯轴上还固定设置有轮盘，该轮盘上设置有销；位于芯轴侧的同步带轮上设置有弧形滑槽二，该弧形滑槽二能与轮盘上的销形成槽轮副。
5.根据权利要求1所述的全电伺服压力机用高速冲压机构，其特征在于：所述弹簧限高锁定装置包括滑块和水平滑轨，水平滑轨固定设置在机架上，滑块固定设置在副连杆的顶端，滑块能与水平滑轨形成滑动副，且滑块能够自锁。
6.根据权利要求1所述的全电伺服压力机用高速冲压机构，其特征在于：所述螺纹副传动还包括同步带一，驱动电机通过同步带一套装在螺母的外周，并带动螺母旋转。
7.根据权利要求1所述的全电伺服压力机用高速冲压机构，其特征在于：所述弹簧机构中弹簧有两根或多根，所有弹簧均相互平行设置，所有弹簧的一端均固定在支撑杆上，所有弹簧的另一端均固定在转轴上。
8.根据权利要求1所述的全电伺服压力机用高速冲压机构，其特征在于：所述摆动架呈L型，摆动架的尖端拐角朝上，且该尖端拐角与冲头的顶端相铰接；摆动架的其中一个自由端与螺纹副传动中的主连杆相铰接；摆动架的另一个自由端与弹簧机构中的副连杆相铰接。
9.根据权利要求1所述的全电伺服压力机用高速冲压机构，其特征在于：所述摆动架为V型架或三角形架，该V型架或三角形架上具有三个铰接点，三个铰接点分别与主连杆、冲头和副连杆相铰接。
10.根据权利要求1所述的全电伺服压力机用高速冲压机构，其特征在于：所述摆动架为直线杆，该直线杆上设置有两个铰接点，一个铰接点与冲头相铰接；另一个铰接点分别与主连杆和副连杆相铰接。
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GR01 Patent grant
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Application publication date: 20160810

Assignee: Nanjing Nanyou Information Industry Technology Research Institute Co. Ltd.

Assignor: Nanjing Post & Telecommunication Univ.

Contract record no.: 2018320000285

Denomination of invention: High speed punching mechanism for all-electric servo press

Granted publication date: 20171117

License type: Common License

Record date: 20181101

TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20211227

Address after: 213163 No. 95, Zhenbei Road, Tong'an Town, high tech Zone, Suzhou, Jiangsu

Patentee after: Suzhou LIANLI Precision Manufacturing Co.,Ltd.

Address before: 210023 9 Wen Yuan Road, Ya Dong new town, Nanjing, Jiangsu.

Patentee before: NANJING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS