CN111819071A - 电动扭矩马达压力机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机电压力机(1)，所述机电压力机包括：‑工作台(5)，所述工作台限定上水平工作平面P1，待成形的一个或多个样品布置在所述上水平工作平面上，以及‑使工件成形的装置(3)，该装置包括成形刀具(35)，所述成形工具被布置成能够在与所述工作台的所述工作平面P1垂直且正割的平面P2中平移移动，以及‑机电致动装置(4)，所述机电致动装置用于致动所述成形装置(3)，所述机电致动装置支撑在相对于所述工作平面P1固定到位的机架(2)上，所述机电致动装置(4)被布置成与所述成形装置(3)运动学连接。根据本发明，所述机电致动装置(4)包括至少一个具有偏心轴(43d，43g)的扭矩型电动马达(41)，所述偏心轴被布置成与所述成形装置(3)运动学连接，所述机电致动装置(4)在与所述成形装置的运动的平面P2相交并且在所述工作平面P1下方位于地板上的所述机架的基板(23)与所述工作台(5)之间的位置被支撑在所述机架(2)上，而在所述成形刀具(35)被保持在所述工作台(5)的所述工作平面P1中或上方的任何位置，所述工作台刚性地附接到所述机架(2)。

Description

电动扭矩马达压力机

技术领域

本发明涉及机加工机器领域并且更具体地涉及一种具有扭矩马达的机电压力机。

背景技术

在材料，特别是金属的成形和塑形领域中，液压、气动和机械压力机的许多变型早已众所周知。这些压力机的不同之处特别在于它们的以吨(T)表示的力(power)、它们的生产率、它们的刀具和应用的通用性(冲压，切割，冲压等)。绝大多数机械压力机都是基于使用曲柄连杆型的致动装置，该致动装置使刀具朝向位于刀具和刀具的致动装置下方的工作表面以线性方式从上到下以受控制的节奏来回移动。此外，几乎所有现有的液压、气动和机械压力机都有位于工作表面上方一定高度处的马达/致动器组件，这需要很大的设备安装尺寸、安全和锚固约束、更不用说这些设备的实施、维护和服务的困难和成本。

对于具有小尺寸(毫米或厘米)的小系列零件，这些零件不需要很高的刀具冲击力(power)，带有千斤顶的机电压力机已经被提出。这些压力机提供了更高的易用性，轻松的刀具更换并且可以通过数控而自动化，从而使它们总体上更具有通用性。然而，它们的垂直尺寸与千斤顶的尺寸有关，通常保持很大(1m或更大)。此外，它们的冲击率仍然有限。

因此，需要提供可以通过数控来控制并与自动换刀机结合使用以提供很大的使用通用性的紧凑型压力机技术，同时还提供类似于已知机械压力机的运行率。

除了机电压力机的尺寸和易用性之外，无论运行方式如何，还必须确保用户的完全安全，以及无论是在冲击周期中还是在突然停止时，必须确保设置和操作中的极大的灵活性和反应性。

本发明的目的是提供一种满足这些需求的机电压力机。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及一种如权利要求1所述的机电压力机。更具体地说，本发明的压力机专用于通过使样品的材料变形和/或切割样品的材料来使零件成形，并且包括：

-工作台，所述工作台在正交标记XYZ中限定与标记的XZ平面重合的工作平面P1，待成形的一个或多个样品布置在所述上工作平面P1上的一个或多个预定位置处，以及

-成形装置，所述成形装置通过使所述样品的材料变形和/或切割所述样品的材料而使工件成形，所述样品布置在所述工作台的工作平面上，所述成形装置包括成形刀具，该成形刀具被布置成能够在与工作台的工作平面P1垂直且正割的平面P2中平移移动，以及

-机电致动装置，所述机电致动装置用于致动成形装置，所述机电致动装置支撑在相对于工作平面P1固定到位的机架上，所述机电致动装置被布置成与成形装置运动学连接，以便使所述成形刀具在平面P2中以给定冲程来回移动，

本发明的压力机的特征在于，机电致动装置包括至少一个具有偏心轴的扭矩型电动马达，该偏心轴被布置成与成形装置运动学连接，机电致动装置在与所述成形装置的运动的平面P2相交并且在所述工作平面P1下方位于地板上的所述机架的基板与所述工作台之间的位置被支撑在所述机架上，而成形刀具被保持在工作台的工作平面P1中或上方的任何位置，工作台与机架成一体。

由于致动装置的基本中央布置以及特别是在工作台下方和工作刀具的运动的平面上的扭矩马达是一体的，因此，本发明的压力机具有更紧凑和稳定的结构。

另外，扭矩马达的使用使本发明的压力机具有无与伦比的通用性和操作灵活性。扭矩马达的使用允许在没有变速箱的情况下以高扭矩和高反应性直接驱动成形装置。此外，它还有其他优点，这些优点将在下面更详细地描述。

优选地，根据本发明，机架包括一体地固定到工作台和锚固基板的分隔壁，以这样的方式使机电致动装置安装到机架上。这些分隔壁使机架变得更坚固和更重，因此，增加压力机的共振频率，避免压力机在操作过程中移动和跳跃，并显著提高了其K安全系数。因此，对于本发明的压力机，测得的在地板上的横向位移小于0.01mm并且最大冯·米塞应力(安全系数)为K＝1000。

有利地，分隔壁还配备有内部隔音内衬以吸收致动装置的运行噪声以及至少部分吸收机架的振动。

取决于实施例，机电致动装置具有至少一个连杆，该至少一个连杆在第一端处可旋转地安装在扭矩马达的偏心轴上并且在第二端处可旋转地安装在成形装置上。

在一个特定的实施例中，扭矩型的电动马达设置有两个相对的偏心轴，每个偏心轴连接到连杆，该连杆在第一端处可旋转地安装在扭矩马达的所述偏心轴上并且在第二端处可旋转地安装在成形装置上。

进一步的优点是，成形装置被安装为可以在所述工作台上在平面P2中平移地移动。

优选地，成形装置包括在所述工作台上滑动的门架，所述门架包括用于安装成形刀具的横梁，所述横梁在相应的端部处与连接臂的第一端是一体的，所述连接臂在第二端处可旋转地安装到机电致动装置的所述连杆。

有利地，压力机被设计成具有用于在工作台上在平面P2中对成形装置进行平移引导的平移导轨，特别是滑动式导轨。

特别地，平移导轨构件一方面布置在滑动门架的臂上，并且相对于所述平面P2对称地布置在为此形成在工作台中的所述臂的侧向引导开口中。

仍然有利地，本发明的压力机包括用于在P2平面中移动和动态调节从可移动横梁到工作台的距离的装置。这些移动和调节装置可以包括安装在横梁上的、用于调节成形刀具的下止点的梯形螺钉。另外，这可以补偿白天的膨胀和刀具的磨损。

本发明的一个有利的特征在于，致动装置以相对于工作台沿Y轴可平移移动的方式布置在机架上。特别地，致动装置通过固定在致动装置和机架上的互补的线性导轨构件可滑动地安装在机架上，并运动学地连接到马达单元以相对于工作台沿Y轴平移线性位移。

压力机驱动的这种滑动安装特别有利于提供很大的通用性和压力调节的简便性。通过移动致动装置，不仅是致动装置，而且是在连杆的水平运动学地连接到致动装置的成形装置沿着Y轴移动，因此相对于限定压力机的基准平面P1的工作台调整位置。

作为一个特定的示例，发动机组件可以包括与蜗杆齿轮成一体的液压活塞或飞轮活塞。

此外，本发明的机电压力机优选地包括用于致动装置的数控装置。该数控装置特别地被配置为实时地调节致动装置的扭矩马达的运行，例如，特别是确保成形刀具的正确冲击率。有利地，数控装置还被配置为驱动致动器的线性运动马达组件。因此，可以更改压力机的配置以自动从一个系列切换到另一个系列，然后，与压力机相关的操作员或机器人组件只能在调整过程中的屏蔽时间内更换成形装置上的成形刀具。

本发明的压力机还可以通过在致动装置中组合串联安装并在各自的驱动轴上运动学地相互运动耦合的多个扭矩型电动马达来提供改变功率(power)的可能性，从而提供一种甚至更具伸缩性的配置。

附图说明

在参照附图并阅读以下说明后，根据本发明的压力机的具体特征和细节将变得更加清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明的优选实施例的机电压力机的透视图；

图2是根据图1所示压力机的中央纵向P2平面的截面图；

图3是根据图1所示压力机的中央横向P3平面的截面图；

图4是对于第二优选实施例的替代实施例的类似于图1的视图；

图5是根据图4的第二实施例的本发明的压力机的类似于图2的视图。

具体实施方式

本发明涉及一种通过使样品的材料变形和/或切割样品的材料来使工件成形的机电压力机1，在图1至图3中示出第一优选实施例并且在图4和图5中示出第二优选实施例。

在示出的两个实施例中，压力机1首先包括机架2，工件成形装置3的机电致动装置4以在压力机1的竖直平面P2中平移往复运动的方式安装在该机架上。成形装置3被布置成以如下所述的方式与致动装置4运动学连接：该方式使得附接到成形装置3的成形刀具35相对于工作台5来回移动，该工作台5固定到机架2并在机架2上静止。成形刀具35可以是各种类型的，这取决于要执行的成形操作，例如切割、冲压或再加工。

工作台5在正交标记XYZ中限定上水平工作平面P1，该平面与标记的XZ平面重合，待通过成形刀具35的冲击而形成的一个或多个样品能够以用于压力机的常规方式被布置在该平面上的一个或多个限定的位置处。优选地，工作台5在工作刀具35的中间具有开口，以提供用于在成形刀具的每个冲程中待去除的冲压屑的空间。成形装置3在其中移动的竖直平面P2与工作台5的工作平面P1垂直且正割。

机架2由金属或混凝土制成的加重基板23组成，在加重基板下方固定有可调节的脚部22。在图1至图3的第一实施例中，例如由钢梁制成的四个支柱21通过诸如螺栓连接和/或焊接和/或嵌入的任何适当的方式锚固到基板。这些支柱21在支柱的上端处支撑工作台5，该工作台牢固地锚固到支柱21上。在未示出的替代实施例中，机架2和工作台5可以形成为一体件，通常是金属的。

为了使基板上的支柱21和支柱21上的工作台5稳定，加固支架24一方面被附接到每个支柱21和板23之间的拐角处，另一方面被附接到支柱21和工作台5的拐角处。这导致形成了刚性且稳定的机架2，机电致动装置4安装在该机架上并且成形装置3通过该机电致动装置相对于该机架移动，如下文所描述的。

在图4和图5的实施例中，支柱21被四个分隔和加强壁25代替，分隔和加强壁优选地由钢或铝合金锻件制成，这些壁25通过诸如螺栓连接和/或焊接和/或嵌入的任何适当的方式锚固到基板23和工作台5。与图1至图3中使用的方法相比，壁25使得机电致动装置4能够完全封装在机架2上并增加机架的刚性。事实上，壁25的形状在纵向边缘上凹陷，这使得在压力机1的运行周期中能够消除或至少显著地减小工作台5相对于基板23的扭转的任何影响，并且还使得能够显著地减小振动。

此外，与图1至图3的实施例相比，具有分隔和加强壁25的第二实施例有利地使压力机的固有共振频率加倍，同时在操作过程中将地面上的运动减少10倍以上。最后，由冯·米塞(Von Mise)约束限定的压力机的安全系数K在K_max＝1000相当大的值时达到最大值。

壁25另外涂覆有呈夹层形式或者集成到金属板结构中的隔音和吸振表面层。这种包层可以由任何合适的防火绝缘材料制成，特别是基于天然和/或合成的压缩纤维或热成型合成泡沫。因此，通过在压力机运行过程中增加对噪声污染的吸收，从而提高了操作员在生产现场的安全性和舒适性。

当然，可以考虑另一个未示出的实施例，该实施例是图1至3和图4至5的两种构造方法的纯组合，例如，通过将分隔壁25附接到图1至图3的压力机1的支柱21、工作台5和基板23上。

根据本发明，机电致动装置4有利地在基板23和工作台5之间的中间位置安装在机架2上，即位于工作平面P1下方的、在成形装置3的运动平面中并且理想地在成形刀具的V轴线上的中心位置。另外，成形装置3以如下的方式连接到致动装置：该方式使得成形刀具35被保持在工作台5的工作表面P1中或上方的任何位置。

更具体地，机电致动装置4包括扭矩型电动马达41，该扭矩型马达41作为单个单元安装并且能够通过固定在支柱21的内部凹槽中的轨道或滑轨7上的滑架45沿着机架2的支柱21平移地移动。因此，滑架45和滑轨7在机架2上形成致动器4的互补的线性引导元件。机电致动装置4还被布置成与马达组件6运动学连接，以相对于工作台5沿着包含在平面P2中的中心竖直轴线V线性平移运动。因此，机电致动器4在平面P2中是高度可调的。马达单元6有利地布置在机架2的基板的板23上并且通过任何合适的装置固定到机架2，以及固定到致动器4的马达41的马达壳体42。

在图1至图3所示的特定实施例中，马达组件6具有固定螺钉61，该固定螺钉61以在板23上可沿V轴线自由旋转地的方式安装在板的中心孔中。蜗杆螺钉61具有形成驱动轴的下部分611，该驱动轴与同轴地安装在驱动轴上的马达飞轮62成一体。蜗杆螺钉61还具有上部螺纹部分612，该上部螺纹部分612以延伸下部分611的方式沿着V轴线延伸穿过敞口中空部(bell)63并沿着V轴线延伸到盲孔中，该敞口中空部用于将飞轮62压抵在板23的孔231中以防止螺钉61沿V轴线的任何平移，该盲孔的内径基本上等于螺钉61的螺纹部分的外径。为了使马达组件4在平面P2中能够通过螺钉61根据螺钉的旋转方向移动，螺钉61经由螺母64通过该螺母的螺纹部分连接到马达，该螺母与所述盲孔同轴地固定在马达41的壳体42上。因此，手轮62沿一个方向的旋转导致螺钉61自身沿相同方向旋转，这通过在螺母64中接合的作用引起致动装置4的竖直平移，该竖直平移由滑架45在机架2的滑轨7上向上或向下来引导。沿相反方向转动手轮62将导致致动器4沿相反方向的竖直运动。

根据工业自动化领域的标准技术，飞轮62可以有利地由机械、电子和/或液压驱动***控制。优选地，该驱动通过整个压力机和电动马达41的中央数值控制进行电控制，如下面更详细地描述的。

优选地，机电致动器的电动马达41为扭矩型马达。这种马达的优点是，它本质上可以通过电子设定值信号以基本瞬时的方式驱动和控制，即没有惯性。这意味着可以非常快地达到期望的运行速度，或者马达的旋转以及因此相关的成形装置3的旋转可以立即停止。它也能够调节发动机控制设定值以优化发动机的电子消耗。这意味着马达的运行控制可以根据需要适应于成形装置3的特定运动学。

另外，这种类型的马达是完全电子可控的，如有必要时在循环过程中的速度和功率/扭矩变化取决于要加工的工件。

此外，它在500冲程/分钟的成形刀具冲程速率下，以在～10°-20°范围内非常短的止动角度提供了极高的运行安全性，带有手轮和制动器的机械压力机在350冲程/分钟下具有在～120°-150°范围内的止动角度。

最后，扭矩马达使成形装置能够在循环过程中振动，如有必要时可调节螺距，以改善例如冲压零件的表面光洁度。因此，能够启动包含成形装置3振动的零件的冲压循环，这是迄今为止任何其他类型的机电压力机所不允许的，此外还提供了调节振动频率和振幅的可能性。

优选地，马达41包括安装在轴承上的两个偏心轴43d、43g，连杆44d、44g的第一端通过第一球形接头(或任何类似的联轴器)连接到每个偏心轴，连杆的第二端通过第二球形接头(或任何类似的联轴器)安装在成形装置3上。当然，如图所示，两个偏心轴43d、43g使得两个偏心轴相对于压力机1的中间平面P2、P3彼此精确地对称。实际上，偏心轴相对于这两个平面的较小的轴向偏移对于压力机的运行至关重要，特别是对成形装置的平稳导向和马达41的完整性。

扭矩马达41的使用还具有在致动器4的配置中提供极大的通用性的优点，特别是用于改变功率(power)。特别地，可以将多个扭矩马达41串联组合并且将它们轴向联接，以便使压力机的功率加倍。

该成形装置3被安装成在所述工作台5上或相对于所述工作台5在竖直平面P2中可平移移动。有利地，该成形装置包括通过滑块8在所述工作台5上滑动的门架，所述门架包括用于通过刀架34安装成形刀具35的横梁31，所述横梁在相应的端部处与连接臂32d，32g的第一端是一体的(例如通过焊接或螺栓连接)，该连接臂32d，32g在第二端处通过36d、36g销经由所述36d、36g销穿过的所述第二球形接头(以业内人士惯用的方式)可旋转地安装到该机电致动装置4的所述连杆44d、44g中的一个。因此，该成形装置3通过连杆和曲柄***在平面P2中在工作台5上被平移地驱动，这在机加工压力机的领域是经典的。

优选地，滑块8一方面布置在滑动门架的臂32d、32g上并且相对于平面P2对称地布置在为此形成在工作台5中的臂的侧向引导开口51中。有利地，用于动态移动和调节可移动横梁31和工作台5的距离的装置被设置在成形装置上以用于调节工作台上的下止点和绝对标尺以及在压力机的运行过程中补偿膨胀。

此外，本发明的压力机1有利地包括未在图中示出的数控装置。数控装置本身在机床和工业自动化领域中是众所周知的，数控装置优选地被配置为根据期望的工作周期来电子地控制致动装置4，该工作周期在数控装置中预编程或经由公司网络加载到控制装置中。这使得数控装置例如能够无限地调节扭矩马达41的进给参数和速度以传递来自压力机的特定功率输出。有利地，数控装置还可以在调节扭矩马达41在机架2上的高度以及因此根据需要调节成形刀具35相对于工作台5的平面P1的冲击高度之前控制线性运动马达组件6。

如果需要，数控装置也可以与辅助自动设备(automates auxiliaires)结合以用于装载压力机1并在刀架35上更换成形刀具35。

压力机1的操作本身是曲柄压力机的经典操作，这是本领域技术人员众所周知的。当扭矩马达41接通时，偏心轴43d、43g和与它连接的连杆42d、42g的端部旋转，这将P2平面中的来回平移运动传递到在工作台5上被平移引导的成形装置3，该P2平面中的来回平移运动可替代地驱动平面P1中的工作刀具35以执行样品成形操作。为了本发明的目的，样品是指待成形的任何一块或一节的金属原材料或待再加工的预成形的零件。

机电致动装置在工作台5下方的位置使压力机增加了紧凑性和稳定性。另外，扭矩马达的使用提供了本质上电子瞬时马达控制的优势，这使得马达的功率消耗能够根据执行的工作进行优化。

最后，所提出的压力机结构还可以用于卧式压力机，在卧式压力机中机架2和致动装置4以及成形装置3都旋转90°。扭矩马达41的竖直方向不会干扰其操作，并且成形装置3在工作台5上的线性滑动导轨确保在任何情况下均具有足够的润滑性，即使在倾斜位置也能获得良好的压力机性能。

Claims (15)

1.用于通过使样品的材料变形和/或切割样品的材料来使工件成形的机电压力机(1)，所述机电压力机包括：

-工作台(5)，所述工作台在正交标记XYZ中限定与标记的XZ平面重合的上工作平面P1，待成形的一个或多个样品布置在所述上工作平面上的一个或多个预定位置处，以及

-成形装置(3)，所述成形装置通过使所述样品的材料变形和/或切割所述样品的材料而使工件成形，所述样品布置在所述工作台(5)的工作平面上，所述成形装置(5)包括成形刀具(35)，所述成形刀具被布置成能够在与所述工作台的所述工作平面P1垂直且正割的平面P2中平移移动，以及

-机电致动装置(4)，所述机电致动装置用于致动所述成形装置(3)，所述机电致动装置支撑在相对于所述工作平面P1固定到位的机架(2)上，所述机电致动装置(4)被布置成与所述成形装置(3)运动学连接，以便使所述成形刀具(35)在所述平面P2中以给定冲程来回移动，

其特征在于，所述机电致动装置(4)包括至少一个具有偏心轴(43d，43g)的扭矩型电动马达(41)，所述偏心轴被布置成与所述成形装置(3)运动学连接，所述机电致动装置(4)在与所述成形装置的运动的平面P2相交并且在所述工作平面P1下方位于地板上的所述机架的基板(23)与所述工作台(5)之间的位置被支撑在所述机架(2)上，而所述成形刀具(35)被保持在所述工作台(5)的所述工作平面P1中或上方的任何位置，所述工作台与所述机架(2)成一体。

2.根据权利要求1所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述机电致动装置(4)包括至少一个连杆(44d，44g)，所述至少一个连杆在第一端处可旋转地安装在所述扭矩马达(41)的所述偏心轴上并且在第二端处可旋转地安装在所述成形装置(3)上。

3.根据权利要求1或2所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述机架(2)包括一体地固定到所述工作台(5)和所述锚固基板(23)的分隔壁(25)，以使得所述机电致动装置(4)安装到所述机架上。

4.根据权利要求1至3中一项所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述成形装置(3)被安装为能够在所述工作台(5)上在所述平面P2中平移移动。

5.根据权利要求2至4中一项所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述机电致动装置(4)包括扭矩型的电动马达(41)，所述电动马达具有两个相对的偏心轴(43d，43g)，所述偏心轴中的每个连接到连杆(44d，44g)，所述连杆在第一端处可旋转地安装在扭矩马达(41)的所述偏心轴(43d，43g)上并且在第二端部处可旋转地安装在所述成形装置(3)上。

6.根据权利要求5所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述成形装置(3)包括在所述工作台(5)上滑动的门架，所述门架包括用于安装所述成形刀具(35)的横梁(31)，所述横梁在相应的端部处与连接臂(32d，32g)的第一端是一体的，所述连接臂在第二端处可旋转地安装到所述机电致动装置(4)的所述连杆(44d，44g)。

7.根据权利要求1至6中一项所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述机电压力机包括用于在所述工作台(5)上在所述平面P2中对所述成形装置(3)进行平移引导的构件(8)，该构件特别是滑轨类型的。

8.根据权利要求6和7所述的机电压力机(1)，其特征在于，平移滑轨构件(8)一方面布置在所述滑动门架的所述臂(32d，32g)上，并且相对于所述平面P2对称地布置在为此形成在所述工作台(5)中的、用于引导所述臂的侧向开口(51)中。

9.根据权利要求6至8中一项所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述机电压力机包括用于在所述平面P2中动态地移动和调节可移动横梁(31)距所述工作台(5)的距离的装置。

10.根据权利要求1至9中一项所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述机电致动装置(4)以相对于所述工作台(5)沿着平行于Y轴的V轴线可移动的方式布置在所述机架(2)上。

11.根据权利要求10所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述致动装置(4)通过被固定在所述致动装置(4)和所述机架(2)上的互补的线性导轨构件(7)可滑动地安装在所述机架(2)上，并运动学地连接到马达单元(6)以相对于所述工作台(5)沿所述V轴线平移线性位移。

12.根据权利要求11所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述马达组件(6)包括与蜗杆螺钉成一体的液压千斤顶或飞轮千斤顶。

13.根据权利要求1至12中一项所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述机电压力机还包括用于所述致动装置(4)的数控装置。

14.根据权利要求13和权利要求11或12所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述数控装置被配置成驱动所述线性位移马达组件(6)。

15.根据权利要求1至14中一项所述的机电压力机(1)，其特征在于，所述致动装置(4)包括多个扭矩型的电动马达(41)，所述多个扭矩型的电动马达串连安装并在各自的驱动轴上运动学地彼此耦合。

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