[發(fā)明專利]一種機械伺服數控轉塔沖床的冗余驅動主傳動裝置

有效

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• 申請日: 2010-05-21
• 公開（公告）號: CN101863131A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 王立平;劉辛軍;謝福貴;陳祥
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B30B1/00
• 分類號: B30B1/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發(fā)明屬于機械制造領域，特別涉及一種機械伺服數控轉塔沖床的冗余驅動主傳動裝置。

背景技術

機械伺服數控轉塔沖床是“高檔數控機床與基礎制造裝備”重大專項的關鍵設備之一，是一種可完成板料的自動輸送、沖模的自動更換和板材的高效率精密加工、適合于薄板連續(xù)高速伺服沖切加工的沖壓設備，可高效精密加工各種板料沖壓零件，其基本特征是高效率、高精度、節(jié)能、環(huán)保和自動化，代表了數控轉塔沖床的發(fā)展方向。機械伺服數控轉塔沖床集整機結構優(yōu)化技術、伺服驅動主傳動技術、伺服驅動沖壓控制技術、送料機構設計及控制技術、伺服主傳動高速運轉下的熱平衡技術及數控系統(tǒng)集成化智能化技術等關鍵技術為一體，具備自動、高速、精密三個基本特征，廣泛應用于航空航天、汽車、發(fā)電設備、信息、家電等高科技領域，是為保證經濟和國防安全而必須自主研發(fā)的重大裝備之一。

目前，數控轉塔沖床的沖壓主傳動多采用高速液壓沖頭系統(tǒng)或普通電機機械主傳動，液壓主傳動或是普通電機機械主傳動的數控轉塔沖床只要開機，主電機就會一刻不停的運轉，空運轉消耗電能較多。液壓系統(tǒng)控制油路的伺服閥對油品的要求高，液壓油需要定期更換，在維護過程中也要確保油路不受污染。機床工作時，高壓油路閥高速換向時的沖擊噪音較大。

與液壓主傳動數控轉塔沖床相比，機械伺服數控轉塔沖床具有節(jié)能、環(huán)保和維護簡單、可靠性高等優(yōu)點。很多國家的沖床廠家已逐步停產液壓主傳動數控轉塔沖床，轉而僅提供機械伺服主傳動的數控轉塔沖床。與普通電機機械主傳動相比，伺服電機機械主傳動具有高速、高精度、高度節(jié)能和沖程可變等絕對優(yōu)勢，是跨時代的升級換代技術。

國際上商品化生產機械伺服數控轉塔沖床廠家主要有日本的天田和村田、芬蘭的芬寶，其中天田的銷量最大、品種規(guī)格也較多。天田的EM系列機械伺服主傳動沖床的機械結構最簡單，基本上與傳統(tǒng)的曲軸、連桿、垂直滑塊的機械傳動結構相同。用定制在曲軸兩端的大功率伺服主軸電機，取代了傳統(tǒng)機械結構中的普通電機與飛輪。其缺點是定制的伺服主軸電機成本非常高，小角度正反向旋轉驅動的電氣控制要求高(相同的步沖沖程對比，EM的電機轉角較小)。鑒于上述缺點，天田公司又開發(fā)了相對比較經濟的AC系列機械伺服主傳動的沖床，其中伺服電機采用了數控系統(tǒng)生產廠家標配的小慣量大功率伺服電機，電機通過安全聯(lián)軸器直接驅動大導程滾珠絲杠；絲杠驅動水平滑塊作水平往復運動；水平滑塊通過鉸軸聯(lián)接桿帶動旋轉杠桿作一定角度的往復擺動；旋轉杠桿帶動垂直滑塊實現(xiàn)上下方向的沖壓運動。這也帶來了新的問題：電機旋轉運動與垂直滑塊的上下運動轉換關系計算復雜，電氣控制要求高、難度大，滿負荷行程小。

村田的機械伺服主傳動結構采用了旁置曲柄的肘桿式增力傳動結構，伺服電機通過大功率減速箱驅動曲柄旋轉；曲柄帶動連桿，連桿帶動肘桿擺動；肘桿帶動垂直滑塊產生上下方向的沖壓運動。其缺點在于：曲柄加肘桿的雙重疊加產生垂直滑塊的上下運動轉換關系計算復雜，且機械結構較復雜，所需高度尺寸較大。

芬寶E系列的伺服主傳動結構采用了大導程的滾珠絲杠推動水平滑塊作前級的水平運動，后級轉化到垂直滑塊作上下運動時，芬寶采用了更為簡單的楔塊、輥軸結構。因此，所需電機功率較大，對電機的動態(tài)特性要求較高。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提出一種機械伺服數控轉塔沖床的冗余驅動主傳動裝置，該裝置具有結構簡單、制造成本低、剛度高、動態(tài)特性好、響應快以及易于實現(xiàn)高速高精度沖壓任務等優(yōu)點。

本發(fā)明提出一種機械伺服數控轉塔沖床的冗余驅動主傳動裝置，其特征在于，包括定平臺、一個安裝沖頭的動平臺、連接所述動平臺和定平臺之間的第一、第二支鏈以及一個與所述定平臺固定連接的限定動平臺運動方向的導套、運動副以及兩個伺服電機；該第一、第二支鏈均由外套桿和內桿組成的伸縮桿構成，所述運動副包括外套桿和內桿之間的由伺服電機主動驅動的移動副、動平臺與導套之間的隨動的圓柱副或移動副、定平臺與外套桿之間的隨動運動副、內桿與動平臺之間的隨動運動副，且定平臺與外套桿之間的運動副以及內桿與動平臺之間的運動副可根據需要選取轉動副、虎克鉸或者球鉸；由兩個伺服電機分別主動驅動第一、第二支鏈的伸縮桿實現(xiàn)對動平臺的冗余驅動，使動平臺沿導套允許方向實現(xiàn)單自由度沖壓運動；

本發(fā)明的特點及技術效果

本發(fā)明提出的一種機械伺服數控轉塔沖床的冗余驅動主傳動裝置，由兩個伺服電機分別主動驅動伸縮桿實現(xiàn)對動平臺的冗余驅動，使其沿導套允許方向實現(xiàn)單自由度沖壓運動，具有結構簡單、制造成本低、剛度高、動態(tài)特性好、響應快以及易于實現(xiàn)高速高精度沖壓任務等優(yōu)點。