[發(fā)明專利]四電機并聯(lián)驅(qū)動機械多連桿伺服壓力機

無效

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• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN101786133A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高峰;白勇軍;郭為忠;于隨然;馬春翔
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: B21J9/18
• 分類號: B21J9/18;B30B1/10
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種鍛壓機械技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種四電機并聯(lián)驅(qū)動機械多連桿伺服壓力機。

背景技術(shù)

壓力機是金屬成形加工領(lǐng)域中廣泛使用的鍛壓設(shè)備，品種和數(shù)量繁多，其中以機械壓力機應(yīng)用最為廣泛。現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展要求壓力機不僅能夠高速度、高精度、大負載運轉(zhuǎn)，而且應(yīng)具有更大的柔性，能迅速、方便地改變輸出運動規(guī)律。傳統(tǒng)的機械壓力機運動特性單一、工藝適用性差。近年來隨著交流伺服電機驅(qū)動成形裝備技術(shù)的逐步發(fā)展，出現(xiàn)了滑塊運動曲線可調(diào)的各種交流伺服驅(qū)動壓力機，使得壓力機的工作性能和工藝適用性大大提高，設(shè)備朝著柔性化、智能化的方向發(fā)展。

普通機械壓力機一般采用各種不同的機械傳動機構(gòu)獲得工藝所需的滑塊運動規(guī)律，以滿足不同的工藝要求。傳統(tǒng)的機械壓力機通過選擇適當(dāng)?shù)膱?zhí)行機構(gòu)及其構(gòu)件的尺寸，得到一些滿足沖壓工藝要求的典型運動規(guī)律，但一種結(jié)構(gòu)方案無法滿足多種典型運動規(guī)律的要求。雖然采用偏置曲柄滑塊機構(gòu)、多連桿機構(gòu)、非圓齒輪機構(gòu)等可以部分改變某種驅(qū)動機構(gòu)的滑塊運動規(guī)律，但當(dāng)各桿件的尺寸參數(shù)確定后，滑塊的運動特性也隨之確定，因而不具有柔性，難以用于不同的沖壓工藝。將交流伺服電動機應(yīng)用于機械壓力機的研究始于上世紀(jì)90年代美國俄亥俄州立大學(xué)工程研究中心，該中心S.Yossifon?and?R.Shivpuri提出了由交流伺服電動機驅(qū)動滾珠絲杠或曲柄，通過多桿機構(gòu)將運動轉(zhuǎn)化為滑塊所需的運動它能極方便地改變滑塊的運動曲線，獲得不同的工件變形速度，適用于不同的沖壓工藝，保證沖壓件的質(zhì)量。之后，交流伺服電動機應(yīng)用于機械壓力機的研究迅速發(fā)展，日本、加拿大等國均進行了深入的研究，日本小松和會田等公司分別開發(fā)了各自的交流伺服電動機驅(qū)動型壓力機。其中，日本著名的壓力機生產(chǎn)廠商komatsu公司將其稱為具有“free?motion”的壓力機，通過編制不同的程序?qū)崿F(xiàn)工藝所需的各種運動曲線，已研發(fā)出3代不同的產(chǎn)品：1998年的HCP3000，2001年的H2F、H4F系列和2002年的H1F系列。交流伺服電機驅(qū)動壓力機是成形裝備發(fā)展的新動向，是設(shè)備柔性化發(fā)展的必然趨勢。

由于交流伺服電機驅(qū)動壓力機沒有飛輪儲蓄能量克服鍛壓工件時需要的成形壓力，為達到所需的公稱壓力值，往往通過多連桿機構(gòu)等傳動機構(gòu)可以實現(xiàn)一定的增力作用。受滾珠絲杠承載能力和伺服電機功率和輸出扭矩較小的限制，雖然肘桿機構(gòu)具有大的增力比，但難以構(gòu)建大噸位的壓力機。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，komatsu公司的HCP3000，伺服電動機通過皮帶等傳動機構(gòu)驅(qū)動滾珠絲杠，通過螺母直接帶動沖壓滑塊，其公稱壓力僅達到800kN，由兩臺12kW伺服電機驅(qū)動。komatsu公司的H1F200，伺服電動機通過皮帶或齒輪等傳動機構(gòu)驅(qū)動曲柄，再通過多連桿機構(gòu)驅(qū)動沖壓滑塊，其公稱壓力達到2000kN，由一臺52kW伺服電機驅(qū)動。komatsu公司的H2F300，伺服電動機通過皮帶或齒輪等傳動機構(gòu)驅(qū)動滾珠絲杠，再通過多連桿機構(gòu)驅(qū)動沖壓滑塊，其公稱壓力達到3000kN，由兩臺100kW伺服電機驅(qū)動。

考察現(xiàn)有的伺服壓力機驅(qū)動機構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，從機構(gòu)學(xué)的角度來看，上述壓力機的傳動機構(gòu)都為單自由度的串聯(lián)機構(gòu)，伺服電機以旋轉(zhuǎn)(曲柄)或移動(滾珠絲杠)方式直接或通過執(zhí)行機構(gòu)(多連桿機構(gòu))驅(qū)動沖壓滑塊。單自由度機構(gòu)實現(xiàn)確定運動的原則是應(yīng)用一臺伺服電動機驅(qū)動。有的伺服壓力機驅(qū)動機構(gòu)采用兩個伺服電機冗余驅(qū)動，但這兩個伺服電機必須保證時時同步，以避免輸入不同步造成的運動干涉。這樣雖然可以增加輸入功率，增大壓機的成形壓力，卻增加了控制策略的難度，并且控制的穩(wěn)定性變差，任一個輸入誤差都會造成驅(qū)動機構(gòu)無法正常工作甚至發(fā)生損壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種四電機并聯(lián)驅(qū)動機械多連桿伺服壓力機，在伺服電機和多連桿機構(gòu)之間增加一個并聯(lián)驅(qū)動機構(gòu)，以伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠帶動滑塊(移動副)為輸入，采用并聯(lián)機構(gòu)協(xié)調(diào)多個滑塊的運動，并聯(lián)機構(gòu)的輸出則為單自由度的滑塊直線運動，再驅(qū)動具有增力作用的多連桿機構(gòu)，最后帶動沖壓滑塊工作。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括：機架、直線驅(qū)動機構(gòu)、并聯(lián)機構(gòu)、肘桿機構(gòu)和沖壓滑塊，其中：所述的直線驅(qū)動機構(gòu)為結(jié)構(gòu)相同的兩組，所述的并聯(lián)機構(gòu)為二自由度并聯(lián)機構(gòu)，兩組直線驅(qū)動機構(gòu)分別與二自由度并聯(lián)機構(gòu)連接，肘桿機構(gòu)分別與二自由度并聯(lián)機構(gòu)和沖壓滑塊連接，機架套接于驅(qū)動機構(gòu)和沖壓滑塊的外側(cè)；

所述的直線驅(qū)動機構(gòu)包括：兩個伺服電機、兩個驅(qū)動絲杠、一個機械協(xié)調(diào)裝置和一個驅(qū)動滑塊，其中：伺服電機與驅(qū)動絲杠固定連接，驅(qū)動滑塊和機械協(xié)調(diào)裝置分別平行套接于兩個驅(qū)動絲杠上；