CN113828659A - 一种适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，包括压臂、连杆、铰接支座、压臂升降组件和压臂升降驱动组件；压臂对称布设在机架顶部；每块压臂朝向上横梁的前端部均通过连杆与上横梁相铰接；每块压臂的中部或背离上横梁的后端部均通过铰接支座铰接在机架上；每块压臂的后端部或中部均设置有一组压臂升降组件，每组压臂升降组件均连接一组压臂升降驱动组件；压臂升降驱动组件包括全电伺服电机；压臂升降组件能在对应压臂升降驱动组件的驱动下摆动或滑动，进而带动压臂绕铰接支座前后转动和上横梁高度升降。本申请能实现80吨及以上重负荷的上横梁的升降驱动，且驱动精度高，且节能环保、运动学逆解简单。

Description

一种适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构

技术领域

本发明涉及数控折弯领域，特别是一种适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构。

背景技术

金属板材加工行业（钣金加工）属于金属成型加工行业（钣金+冲压+锻造等）的一个分支，近20至25年期间发展较快，近几年仍有较好的市场增长空间，基本每年以5-10%的速度增长。以其中的数控折弯设备产品为例，年市场销售总量在10000-12000台左右。按照每台20万左右的单台销售价格，市场应该在20-25亿左右。

目前数控板材折弯设备按照工艺特点，适用范围，自动化程度的不同主要分为数控折弯机和数控折弯中心两种。数控折弯机和数控折弯中心均包括上横梁、上横梁升降驱动装置和设置在上横梁底部的上模。

目前，针对80吨以上数控折弯设备的上横梁升降驱动装置，国内、国外市场主要是以液压驱动为主。受限于制造成本，传动技术，数控***，整机结构等等方面因素的影响，机械式全电伺服目前还是空白。上述液压驱动的优点是，能适用于80吨以上的大吨位，易于实现大幅面、厚板的折弯加工。然而，也存在着，如下不足： 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，液压泵部件中高端市场几乎完全依赖于进口，成本高。

3、精度不高，液压***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***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。

8、控制***依赖进口。

9、加工效率低。

为解决上述液压驱动方式的不足，近几年而发展起来的技术，主要是在小吨位折弯机（主流的30~40吨），一般不超过50吨，尤其在深圳，广东等地区的电子，通讯行业应用较多，也较为成熟。而目前小吨位的机械全电伺服折弯机大多采用重载滚珠丝杠（直接驱动，无连杆机构）驱动方式。这种驱动方式的有点为：结构简单、机械传动效率高、速度快、精度高、同时完美的克服了液压传动的诸多问题。然而，也存在着如下方面的不足：

1、对机床的加工制造精度高。

2、无连杆机构进行增力，因此仅适合50吨以下的小吨位折弯机。

3、功率利用率低，所需驱动电机功率大，也增加了成本。

4、由于丝杠和上横梁、机架都是刚性连接，两侧驱动不能进行同步调整。因而，滚珠丝杠两侧平行度调整因不同步，会导致丝杠弯曲，损坏丝杠。

5、噪声大。

然而，目前80吨及以上市场占有率达到80%以上市场份额。然而，由于如下原因，使得机械式全电伺服成为取替传统液压传动的瓶颈：

1、由于整机属于板材焊接的框架结构，由于重载，机架等结构件几乎用到材料的强度极限，因此合理的机械式全电伺服对整机刚度和可靠性都有决定性的影响。传动机构不同，相应的机架结构也不一样。传动机构的设计，需要综合考虑整机机架力性能，机构的运动学逆解，运动轨迹规划，机构的传动特性，制造成本，制造的难易程度，空间布局，传动误差累计，传动机构的弹性变形，结构热变形的影响，左右平行度的调整等多方面因素的综合考虑，由于结构特点的，其他领域的传动机构以及本领域的现有技术，一般不适合数控折弯设备。

2、机构自身的运动学特性和力学特性。折弯机属于典型的非线性工况，以常规的机型为例，一般上模的总行程为200mm（速度要求150-200mm/s），而其中只有20mm(考虑操作安全性，速度为20mm/s）的工进行程有载荷输出，其余的180mm行程均为无载荷输出的空行程。因此，要求机械式全电伺服机构具有非线性特性，即在空行程的时候快速低负载运动，在工进行程慢速大负载输出。以上述的小吨位滚珠丝杠直驱的传动方式，其速度，输出力都为固定值，驱动电机的功率没有被充分利用，因此无法实现大吨位折弯。

3、机械式全电伺服的运动学逆解，即根据上横梁所需的位置，通过解析法求得驱动电机的转角，这是实现高动态特性，高精控制的前提。而现有技术的机械式全电伺服机构由于其自身特点，没有办法求得运动学逆解的解析解，只能通过数值迭代的方式求得，控制***运算量很大，严重影响速度，因此不能实现高动态特性，高精的控制。

因而，如何使机械式全电伺服取替传统液压传动，实现节能环保且重载高精的传动机构，成为金属板材加工行业发展的新方向。其中，重载是指80吨及以上，高精是指板材折弯的成型角度精度，精度在0.5度以内，且相应的上模定位精度达到0.025mm（比如板料折弯的角度误差0.5度，对应的上模，即上横梁的定位精度0.025mm）。

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，而提供一种适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，该适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构能实现80吨及以上重负荷的上横梁的升降驱动，且驱动精度高，且节能环保、运动学逆解简单。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，包括压臂、连杆、铰接支座、压臂升降组件和压臂升降驱动组件。

金属板材折弯设备包括机架和上横梁。机架包括对称布设在自身两侧的两块侧板。

压臂的数量为两块，对称布设在机架两侧上部。

每块压臂朝向上横梁的前端部均与所述连杆的顶端相铰接，连杆底端与上横梁相铰接。

每块压臂的中部或背离上横梁的后端部均铰接在铰接支座上，铰接支座固定安装或一体式设置在机架上。

每块压臂的后端部或中部均设置有一组压臂升降组件，每组压臂升降组件均连接至少一组压臂升降驱动组件。压臂升降驱动组件包括全电伺服电机。

压臂升降组件能在对应压臂升降驱动组件的驱动下转动或滑动，进而带动压臂绕铰接支座上下摆动和上横梁高度升降。

每组压臂升降组件均包括能摆动的压杆，且压杆的顶端与压臂的后端部或中部相铰接。

压臂升降驱动组件还包括曲轴和用于驱动曲轴旋转的曲轴旋转驱动装置。压杆的底端直接或间接与曲轴相铰接。

曲轴旋转驱动装置包括所述全电伺服电机和小齿轮。全电伺服电机用于驱动小齿轮的旋转。曲轴具有与小齿轮相啮合的外齿。

每组压臂升降组件均还包括推杆和支撑杆。推杆的顶端与压杆底端相铰接，推杆底端与曲轴相铰接。推杆与压杆的铰接点处还铰接有支撑杆，支撑杆的另一端铰接在对应的机架上。

每组压臂升降组件均还包括连接块和支撑杆。压杆的底端和支撑杆的顶端均与连接块相铰接。支撑杆的底端铰接在机架上。

压臂升降驱动组件还包括丝杆和轴承座。轴承座铰接在机架上，全电伺服电机安装在轴承座中，全电伺服电机用于驱动丝杆的旋转，连接块螺纹套装在丝杆上。

每块压臂的中部均通过铰接支座铰接在对应的机架上，压杆顶端与压臂的后端部相铰接。每组压臂升降驱动组件均包括所述全电伺服电机、丝杆和滑动块。全电伺服电机用于驱动丝杆的旋转，滑动块螺纹套装在丝杆上，滑动块与压杆底端相铰接。

背离上横梁的机架顶部设置有滑轨，滑动块滑动安装在滑轨上，滑动块与滑轨之间形成移动副，丝杆与滑轨的方向相一致。

每块压臂的中部均通过铰接支座铰接在机架上，每组压臂升降组件均包括铰接在对应压臂后端部的连接块。

每组压臂升降驱动组件均还包括轴承座和丝杆。轴承座铰接在机架上，全电伺服电机安装在轴承座中，全电伺服电机用于驱动丝杆的旋转，连接块螺纹套装在丝杆上。

每根连杆的长度均能调节。

当金属板材折弯设备为折弯中心时，机架包括至少一块加强板和上立板。加强板的中部设置有避让孔。上立板竖直且固定安装在加强板的前端，上横梁能沿上立板竖直升降。

本发明具有如下有益效果：

1、全电伺服电机取替传统液压，节能，环保。

2、由于机构的非线性运动特性，所以适合大吨位。

3、由于机架的受力点更合理，本申请通过压臂将机架的受力点转移到机身靠中间的位置，无附加弯矩，因此结构受力合理，且无应力集中点，刚度可靠。

4、运动学逆解更加简单，易于控制。

5、低噪声，无噪声污染。

6、外形紧凑，更加美观。

附图说明

图1为本发明中的实施例1的结构立体图，图1（a）为三维图一，图1（b）为三维图二。

图2是本发明中实施例1的原理图。

图3为本发明中的实施例2的结构立体图，图3（a）为三维图一，图3（b）为三维图二。

图4是本发明中实施例2的原理图。

图5为本发明中的实施例3的结构立体图，图5（a）为三维图一，图5（b）为三维图二。

图6是本发明中实施例3的原理图。

图7为本发明中的实施例4的结构立体图，图7（a）为三维图一，图7（b）为三维图二。

图8是本发明中实施例4的原理图；图8（a）为滑动块处于倾斜状态时的原理图，图8（b）为滑动块处于水平状态时的原理图。

图9为本发明中的实施例5的结构立体图，图9（a）为三维图一，图9（b）为三维图二。

图10是本发明中实施例5的原理图。

图11为本发明中的实施例6的三维图，图11（a）为三维图一，图11（b）为三维图二。

图12是本发明中实施例6的原理图。

图13为本发明中的实施例7的结构立体图和原理图，图13（a）为三维图一，图13（b）为三维图二，图13（c）为原理图。

图14为本发明中的实施例8的结构立体图和原理图，图14（a）为三维图一，图14（b）为三维图二，图14（c）为原理图。

图15为本发明中的不带水平驱动座的机架结构立体图，图15（a）为三维图一，图15（b）为三维图二。

图16为本发明中的带水平驱动座的机架结构立体图和剖面图，图16（a）为立体图，图16（b）为剖面图。

图17为本发明中的运动学仿真模型。

图18为本发明中的仿真结果。

图19为本发明中机架两侧板中层面对称布置示意图。

图20为本发明中机架受力示意图。

图21为本发明中连杆的结构图和伸缩原理图；其中，图21（a）为连杆三维图，图21（b）为连杆正视图二，图21（c）为图21（b）的A-A剖面图，图21（d）为连杆正常状态原理图，图21（e）为连杆伸长状态原理图，图21（f）为连杆压缩状态原理图。

图22为本发明中连杆长度能调节时的速度特性曲线和力特性曲线图。

图23为本发明实施例4中压臂在满载工况下的有限元分析受力变形云图。

图24为本发明实施例4中机架在满载工况下的有限元分析受力变形云图。

图25为本发明实施例4中小角度折弯的示意图。

图26为本发明实施例4中压臂安装在机架顶部（不关于侧板中层面对称）的示意图。

图27为本发明实施例9的结构与原理图；图27（a）为结构图，图27（b）为原理图。

图28为本发明实施例10的结构与原理图；图28（a）为结构图，图28（b）为原理图。

其中有：10.机架；11.上横梁；12.上模；13.下横梁；14.下模；

15.底板；151.前后导轨；16.侧板；

17.加强板；171.上主板；172.上下导轨；173.避让孔；

18.水平驱动座；181.水平驱动部件；182.竖直驱动部件；19.C型梁；

20.压臂；30.连杆；31.螺杆；32.连接耳；40.铰接支座；

51.压杆；52.连接块；53.支撑杆；54.推杆；55.槽轮；

60.曲轴；61.全电伺服电机；62.小齿轮；63.曲轴滑杆；

64.滑动块；641.倾斜滑轨；642.滑轴；

70.丝杆；71.轴承座。

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。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。另外，基于本案传动机构原理，通过改变各零件的尺寸，铰接位置，零件数量，均在本案的保护范围之内。

如图1所示，金属板材折弯设备包括机架10、上横梁11、上模12、下横梁13和下模14。

如图15和图16所示，金属板材折弯设备为折弯中心时，机架包括底板15、侧板16、加强板17、上立板171、水平驱动座18、C型梁19和上横梁升降驱动装置。

两块侧板平行且对称布设在底板的左右两侧。

加强板的数量至少1块，本发明中优选为两块，平行布设且用于连接两块侧板的顶部，每块加强板的中部均设置有避让孔173。

上立板竖直且固定安装在所有加强板的前端，上立板的前面板上优选设置有上下导轨172，上横梁位于两侧之间，且滑动安装在上下导轨上，且能在上横梁升降驱动装置的驱动下沿上立板竖直升降。

上述加强板的设置，能使整机的刚度得到保证，大幅提高加工精度。当折弯设备为折弯中心时，因竖直驱动部件占据了空间，竖直驱动部件伸出去的电机、减速机等部件，需要将C型梁安装到机架上之后，再进行水平移动座的安装。然而，C型梁由于重量太大，不能进行吊装，需要特殊工装进行安装。甚至有的公司产品为了解决加工，装配工艺问题，采用分体式机身，从而使整机的精度和刚性严重受到影响。本申请中避让孔则能用来避让竖直驱动部件，避让孔的数量，与驱动部件的数量相等，优选1组或2组。

底板顶面设置有前后导轨151，水平驱动座滑动安装在前后导轨上，且能在水平驱动部件181的驱动下，沿前后导轨前后滑移，水平驱动座的前端安装有竖直驱动部件182，竖直驱动部件顶端从避让孔中伸出，且能在避让孔中前后滑移。

上述C型梁安装在竖直驱动部件上，从而能实现前后和上下滑移。

上述上横梁升降驱动装置，也即本发明的一种适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构。

当金属板材折弯设备为折弯机时，机架包括侧板16和上横梁升降驱动装置即可，无需设置加强板和避让孔。

如图1至图14所示，一种适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，包括压臂20、连杆30、铰接支座40、压臂升降组件和压臂升降驱动组件。

上述压臂相当于一个杠杆，以铰接支座为支点，压臂升降驱动组件驱动压臂升降组件升降，则压臂上下转动或摆动，带动连杆运动，进而驱动上横梁上下运动。同时，还能将机身的受力点转移到铰接支座的位置，大幅提升机架的刚度和强度，这对于大吨位全电伺服驱动极为重要。

进一步，压臂的数量为两块，对称布设在机架两侧顶部，优选设置在两块侧板的顶部。为提升强度和刚度，每块压臂均设置为中间高，两侧低的形状，本实施例中均优选三角形，具有顶角、底角一和底角二。其中，顶角朝上，底角一朝向上横梁，也即顶角位于两个底角连接线之上。作为替换，也可以位于连接线之下。压臂的底边长度优选小于侧板长度。作为替换，压臂也可以弧形板等其他已知的形状。

下面以8个优选实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1和图2所示，每块压臂朝向上横梁的前端部（也即底角一）均与连杆上端铰接，连杆下端与上横梁铰接。

每块压臂的中部（也即顶角）均通过铰接支座铰接在对应机架上，优选铰接在侧板上。

每块压臂的后端部（也即底角二）均设置有一组压臂升降组件，每组压臂升降组件均连接至少一组压臂升降驱动组件。

压臂升降驱动组件的组数，具体根据负载重量进行选择。如果是小吨位，可以是一组驱动，如果超大吨位，也可能是多组驱动，优选两组。

在本实施例中，压臂升降组件优选为压杆51。

在本实施例中，压臂升降驱动组件包括曲轴60、全电伺服电机61和小齿轮62。

本发明中所指的曲轴，也可等同于曲柄或偏心轮等类同部件。在本实施例1中，曲轴优选为曲柄，曲柄外圆周具有外齿。

全电伺服电机61优选通过减速箱和联轴器等与小齿轮的中心轴相连接，从而驱动小齿轮旋转，小齿轮与曲轴的外齿相啮合，曲轴（曲拐，也可以成为偏心）与压杆底端相铰接，压杆顶端与压臂后端部相铰接。

进一步，上述铰接支座、连杆、压杆、压臂优先关于对应侧板对称布设。作为替换，不关于侧板对称布置，也在本案权利保护范围之内。

本实施例1是结合制造工艺性，力学特性，运动学特性，成本等方面多因素的最优组合，通常适合于63吨-250吨范围之内的重载传动，具体传动原理如图2所示。

实施例2

如图3和图4所示，每块压臂朝向上横梁的前端部（也即底角一）均与连杆的上端铰接，连杆的下端与上横梁铰接。

每块压臂的后端部（也即底角二）均通过铰接支座铰接在对应机架上，优选铰接在机架的两块侧板上。

每块压臂的中部（也即顶角）均设置有一组压臂升降组件，每组压臂升降组件均连接一组压臂升降驱动组件。

在本实施例2中，压臂升降组件优选为压杆51。

在本实施例2中，压臂升降驱动组件包括曲轴60和全电伺服电机61。曲轴可以曲柄或偏心轮等等同零件，曲轴的一端与全电伺服电机61相连接，并在全电伺服电机61的驱动下旋转；曲轴的另一端与压杆底端相铰接，压杆顶端与压臂的顶角相铰接。

本实施例2中，采用中间铰接点驱动，更能适合高速的场合。

其他几个实施例，也适用于压臂铰接点位于后端，压臂升降组件设置在中部，均在权利保护范围之内。

实施例3

与实施例1基本相同，不同点在于压臂升降组件的差异。

如图5和图6所示，每组压臂升降组件除包含压杆51外，均还包括推杆54和支撑杆53；推杆的顶端与压杆底端相铰接，推杆底端与曲轴相铰接；推杆与压杆的铰接点处还铰接有支撑杆，支撑杆的另一端铰接在对应的机架上，优选铰接在对应的侧板上。

本实施例3，为负载能力的更大最优，能适用于更大的吨位，比如250吨以上重载场合，甚至于到800吨或1000吨。

实施例4

一种适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，包括压臂20、连杆30、铰接支座40、压臂升降组件和压臂升降驱动组件。

压臂升降组件也优选为压杆51。

如图7和图8所示，每组压臂升降驱动组件均包括全电伺服电机、丝杆70和滑动块64。

全电伺服电机用于驱动丝杆的旋转（也可以通过同步带轮减速，减速机减速，等常规传动方式），滑动块螺纹套装在丝杆的前端，滑动块的两侧优选与压杆底端相铰接，且滑动块与压杆之间的铰接点优选与丝杆的旋转中心线垂直相交。

上述丝杆优选为滚珠丝杆。

背离上横梁的两侧机架上顶部（优先设置在侧板顶部）均优选设置有滑轨，滑动块滑动安装在滑轨上，并使丝杆与滑轨的方向保持一致。

进一步，上述滑轨优选水平设置，便于加工制造。为获得不同的力学性能，也可以设置成为一定的倾斜角度。

进一步，本实施例中，每个压臂均包括两块平行且均呈三角形的压板，也即每块压板均为中间高两边矮的结构，因而力学性能更好。作为替换，压臂也可以采用一体焊接件、铸造件，不局限于具体形状，其起到相应的功能的任何形状都在本案保护范围。

进一步，每个压臂和上述倾斜滑轨均设置在机架顶部，而非侧板顶部，如图26所示，也在本申请的保护范围之内。

铰支座固定安装在机架上，优选与侧板一体设置，具体优选的设置方法为：在两块侧板的顶部对称各开设一个铰接孔，每个铰接孔内插设一根铰接轴，在每根铰接轴的两端分别与两块压板的顶角相铰接。每个压臂的两块压板底部可以焊接形成一体，也可分体设置。

在图23中，显示了压臂在满载工况下的有限元分析受力变形云图；在图24中，显示了机架侧板在满载工况下的有限元分析受力变形云图。两图中所涉及数据单位均为kPa。从两图中可知，压臂是典型的弯曲梁受力模型，整个构件应力分布均匀，无应力集中点，且最大应力值均在允许范围内。

进一步，本实施例4中的每根连杆的长度能够调整，如图21所示，每根连杆均包括螺杆31和螺纹连接在螺杆上下两端的两个连接耳32。其中，螺杆的上下两端螺纹是反向的，旋转螺纹可以调整两端连接耳之间的尺寸。位于螺杆顶端的连接耳用于与压臂相铰接，位于螺杆底端的连接耳用于与上横梁相铰接。

图22为本发明中连杆长度能调节时的速度特性曲线和力特性曲线图。连杆长度不同，则上模接触板材的位置不同，如点A和B。比如，当连杆较长时，接触板材在A点；连杆较短的时候，接触板材为B点。而A、B两点的速度特性和力特性不同。其中A的速度比B点高，但是力输出要小；B点的速度比A点低，但是力输出高于B点。通过连杆长度的调整可以适应于不同的工况。

另外，在图8中，因为压臂铰接点a（压臂与铰接支座的铰接点）和压臂铰接点b（压臂与连杆的铰接点）之间距离较大，因此压臂摆动下压时，相应的连杆的摆动角度较小，具体如图25所示，折弯角度为12.5°。因而，连杆长度的变化对整个机构的特性影响较小，所以该机构的连杆适合设计成长度可调的零件，且适合小角度折弯。

本实施例4的优点是，结构简单，设计难度小，运动学逆解求解简单，力学特性分析简单，易于实现。当丝杆设置的角度不同的时候，机构的运动学特性，力学特性不同，具体可根据实际的使用要求进行调整。

实施例5

如图9和图10所示，每块压臂前端部均通过连杆与上横梁相铰接，每块压臂中部均通过铰接支座铰接在对应的侧板上，每块压臂的后端部均优选设置有弧形的槽轮55。

压臂升降驱动组件为曲轴驱动或丝杆驱动等，本实施例5中，优选为曲轴驱动。此时，压臂升降驱动组件包括曲轴和用于驱动曲轴旋转的曲轴旋转驱动装置，曲轴顶端设置有能在槽轮内滑动的曲轴滑杆63。

本实施例5，可根据槽轮曲线的不同，进而获得不同的机构运动学，力学特性曲线，进而具有很大的灵活性和柔性。

实施例6

如图11和图12所示，每块压臂前端部均通过连杆与上横梁相铰接，每块压臂中部均通过铰接支座铰接在对应的侧板上，每块压臂的后端部均优选设置有向下凸起的凸轮52。

压臂升降驱动组件为曲轴驱动或丝杆驱动等，本实施例6中，优选为曲轴驱动。此时，压臂升降驱动组件包括曲轴和用于驱动曲轴旋转的曲轴旋转驱动装置，曲轴顶端设置有能沿凸轮曲线滑动的曲轴滑杆63，另外，曲轴滑杆的复位可以采用弹簧。

本实施例6，可以根据凸轮曲线的不同获得不同的机构运动学，力学特性曲线，进而具有很大的灵活性和柔性。

实施例7

如图13所示，每块压臂前端部均通过连杆与上横梁相铰接，每块压臂中部均通过铰接支座铰接在对应的侧板上，每块压臂的后端部均优选设置有向下凸起的凸轮52。

压臂升降驱动组件为曲轴驱动或丝杆驱动等，本实施例7中，优选为丝杆驱动。此时，压臂升降驱动组件包括全电伺服电机、丝杆和滑动块；全电伺服电机用于驱动丝杆的旋转，滑动块螺纹套装在丝杆的前端，滑动块顶部设置有能与凸轮相配合的弧形凸起642。另外，弧形凸起642的复位可以采用弹簧。

实施例8

如图14所示，每块压臂前端部均通过连杆与上横梁相铰接，每块压臂中部均通过铰接支座铰接在对应的侧板上，每块压臂的后端部均优选设置有弧形的槽轮55。

压臂升降驱动组件为曲轴驱动或丝杆驱动等，本实施例8中，优选为丝杆驱动。此时，压臂升降驱动组件包括全电伺服电机、丝杆和滑动块；全电伺服电机用于驱动丝杆的旋转，滑动块螺纹套装在丝杆的前端，滑动块上设置有能在槽轮内滑动的滑轴642。

实施例9

如图27所示，每组压臂升降组件均还包括连接块52和支撑杆53；压杆的底端和支撑杆的顶端均与连接块相铰接；支撑杆的底端铰接在机架上。

压臂升降驱动组件还包括丝杆70和轴承座71；轴承座铰接在机架上，全电伺服电机安装在轴承座中，全电伺服电机用于驱动丝杆的旋转，连接块螺纹套装在丝杆上。

实施例10

如图28所示，每块压臂的中部均通过铰接支座铰接在对应的机架上，优选铰接在侧板上，每组压臂升降组件均包括铰接在对应压臂后端部的连接块52。

每组压臂升降驱动组件均还包括轴承座71和丝杆70；轴承座铰接在机架上，全电伺服电机安装在轴承座中，全电伺服电机用于驱动丝杆的旋转，连接块螺纹套装在丝杆上。

作为替换，将实施例1-10中任一种压臂升降组件和实施例1-10中任一种压臂升降驱动组件相组合，形成的其他形式的实施例，也属于本申请的保护范围。

本申请还具有如下特有的有益效果：

1、全电伺服电机取替传统液压，节能，环保：

以50000台市场保有量计算：

。

按照每吨煤发电3333度，相当于一年节省燃煤：

吨煤

全国煤消耗量按照8.7亿吨，那么约占全国煤消耗量的3.3万分之。还是很可观的。

节省液压油。液压驱动每年更换一次液压油，每次更换量约为300L

2、由于机构的非线性运动特性，所以适合大吨位：

采用同样的2个7.5kw驱动电机，普通的滚珠丝杠直接进行驱动，只能能达到30-40吨。而采用本案机构，得益于机构的非线性特性，在加工效率相同情况下，吨位能够达到80-120吨。

仿真条件：如图17和图18所示，A为电机反馈的扭矩特性曲线；B为上横梁位置曲线；C为上横梁速度特性曲线。折弯点位置约为距离下死点20mm的位置。在上横梁上施加一个固定大小的向上载荷，曲轴以固定速度90.45度固定速度转动。

由特性曲线可知，两条黑线之间为常用工作区域。在常用工作区域之内，折弯之前为空行程，速度逐渐降低，电机反馈的扭矩逐渐降低（相当于电机输出固定扭矩，上横梁输出的折弯力逐渐增大，一个道理。），为高速低负载工况；而折弯点之后则为低速高负载特性。

3、由于机架的受力点更合理：

机架的强度、刚度更好。尤其传动部件相对于机架的两侧板中心对称布置时（优选对称布置，但是不局限），机架的两侧板不受弯曲载荷（板状构件受到弯曲载荷容易产生失稳，严重影响结构的强度）。有很多机构，由于结构空间限制，不能关于两侧板中心布置，机架侧板承受扭曲负载，极易引起机架的失稳，刚度、强度不能保证。

如图19和图20所示，本申请通过压臂将机架的受力点转移到机身靠中间的位置，无附加弯矩，因此结构受力合理，且无应力集中点。刚度可靠；而右图为其他现有的机架受力示意图，其受力点在机身一侧，“P”点是一个应力集中点，严重的应力集中极易引起结构的静强度破坏和疲劳破坏。

机架和压臂为最关键的零件。由于压臂横向设置在机架的上部，因此空间布局合理，可以设计成中间高，两端低的形状（如前所述的三角形），不难满足结构的刚度和强度要求，更容易实现大吨位机床的结构设计。

4、运动学逆解更加简单，易于控制：

更容易实现运动学逆解，能够获得显式解析解，运动过程能够实现精确控制，无需数值解的多次迭代。传动机构的运动学逆解，即根据上横梁所需的位置，通过解析法求得驱动电机的转角，这是实现高动态特性，高精控制的前提。而现有的机构由于机构自身特点，没有办法求得运动学逆解的解析解，只能通过数值迭代的方式求得，其控制***运算量很大，需要消耗很大的控制***资源，很难保证控制***轨迹控制的实时性和精确性，严重影响速度，因此不能实现高动态特性，高精的控制。

5、低噪声，无噪声污染。

6、外形紧凑，更加美观：结构布局合理，传动部件可以设置在机架两侧板之内，不突出到机架的外面，因此整机的外形更加美观，提高产品竞争力。

7、连杆长度设置成可调，连杆长度可以手动或自动调节。连杆长度不同，则上模接触板材的位置不同，如图A和B。比如，当连杆较长时，接触板材在A点；连杆较短的时候，接触板材为B点。而A、B两点的速度特性和力特性不同。其中A的速度比B点高，但是力输出要小；B点的速度比A点低，但是力输出高于B点。当折弯小尺寸轻载金属板材的时候，可以适当将连杆调长，实现更高速度；反之，大尺寸重载，可以适当将连杆调短。

8、机构布局更加合理，连杆，压臂突出横梁前方很少，因此能够实现小角度大幅面板材的折弯，而不至于发生板材和传动机构的碰撞干涉，如图25所示，可以实现12*2=24度，甚至更小角度的折弯。

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)

1.一种适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，其特征在于：包括压臂、连杆、铰接支座、压臂升降组件和压臂升降驱动组件；

金属板材折弯设备包括机架和上横梁；机架包括对称布设在自身两侧的两块侧板；

压臂的数量为两块，对称布设在机架两侧上部；

每块压臂朝向上横梁的前端部均与所述连杆的顶端相铰接，连杆底端与上横梁相铰接；

每块压臂的中部或背离上横梁的后端部均铰接在铰接支座上，铰接支座固定安装或一体式设置在机架上；

每块压臂的后端部或中部均设置有一组压臂升降组件，每组压臂升降组件均连接至少一组压臂升降驱动组件；压臂升降驱动组件包括全电伺服电机；

压臂升降组件能在对应压臂升降驱动组件的驱动下转动或滑动，进而带动压臂绕铰接支座上下摆动和上横梁高度升降。

2.根据权利要求1所述的适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，其特征在于：每组压臂升降组件均包括能摆动的压杆，且压杆的顶端与压臂的后端部或中部相铰接。

3.根据权利要求2所述的适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，其特征在于：压臂升降驱动组件还包括曲轴和用于驱动曲轴旋转的曲轴旋转驱动装置；压杆的底端直接或间接与曲轴相铰接。

4.根据权利要求3所述的适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，其特征在于：曲轴旋转驱动装置包括所述全电伺服电机和小齿轮；全电伺服电机用于驱动小齿轮的旋转；曲轴具有与小齿轮相啮合的外齿。

5.根据权利要求4所述的适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，其特征在于：每组压臂升降组件均还包括推杆和支撑杆；推杆的顶端与压杆底端相铰接，推杆底端与曲轴相铰接；推杆与压杆的铰接点处还铰接有支撑杆，支撑杆的另一端铰接在对应的机架上。

6.根据权利要求2所述的适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，其特征在于：每组压臂升降组件均还包括连接块和支撑杆；压杆的底端和支撑杆的顶端均与连接块相铰接；支撑杆的底端铰接在机架上；

压臂升降驱动组件还包括丝杆和轴承座；轴承座铰接在机架上，全电伺服电机安装在轴承座中，全电伺服电机用于驱动丝杆的旋转，连接块螺纹套装在丝杆上。

7.根据权利要求2所述的适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，其特征在于：每块压臂的中部均通过铰接支座铰接在对应的机架上，压杆顶端与压臂的后端部相铰接；每组压臂升降驱动组件均包括所述全电伺服电机、丝杆和滑动块；全电伺服电机用于驱动丝杆的旋转，滑动块螺纹套装在丝杆上，滑动块与压杆底端相铰接；

背离上横梁的机架顶部设置有滑轨，滑动块滑动安装在滑轨上，滑动块与滑轨之间形成移动副，丝杆与滑轨的方向相一致。

8.根据权利要求1所述的适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，其特征在于：每块压臂的中部均通过铰接支座铰接在机架上，每组压臂升降组件均包括铰接在对应压臂后端部的连接块；

每组压臂升降驱动组件均还包括轴承座和丝杆；轴承座铰接在机架上，全电伺服电机安装在轴承座中，全电伺服电机用于驱动丝杆的旋转，连接块螺纹套装在丝杆上。

9.根据权利要求1或6或7或8所述的适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，其特征在于：每根连杆的长度均能调节。

10.根据权利要求1所述的适用于金属板材折弯设备的重载高精传动机构，其特征在于：当金属板材折弯设备为折弯中心时，机架包括至少一块加强板和上立板；加强板的中部设置有避让孔；上立板竖直且固定安装在加强板的前端，上横梁能沿上立板竖直升降。

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