一种新型的小吨位伺服压力机

技术领域

本发明涉及锻压机械技术领域，特别涉及一种新型的小吨位伺服压力机。

背景技术

压力机是一种对工件进行成形的数控锻压加工设备，广泛应用在各个领域，包括航空、航天、汽车和家电多种领域。普通伺服压力机采用旋转式电机进行驱动，一般情况传动系统包含曲柄连杆或者滚珠丝杆形式，将旋转运动变为直线运动，带动滑块进行上下运动。伺服压力机具有柔性加工、噪音少、节能、成形质量高，增加模具寿命等多个优势。

相比较专利CN104029408A一种圆筒式直线电机上驱动的对称肘杆增里高速压力机和CN104129087A一种方型直线电机下推式双摆杆增里高速压力机，两种压力机都是配备了直线电机作为主电机的驱动模式，前者结构形式采用了三角肘杆式的结构，后者采用了多摆杆的结构形式进行增力，都可获得足够的冲压力，但在小型压力机中，尤其是300吨以下的压力机结构中对称肘杆的设计会严重影响压力机的宽度，造成此类压力机比现有标准的压力机宽度大大增加。苏州大学的CN104015388B 直线电机驱动的二级增力数控压力机采用了多个连杆机构进行增力放大，在小型伺服压力机中仍然不适用。

济南二机床集团CN102632124A一种电动伺服拉伸垫描述了一个伺服压力机的模垫，采用旋转伺服电机作为模垫的动力源，并配合使用了液压缓冲装置，缺点是利用丝杆和带轮作为传动部件，结构复杂，并且存在液压油泄露等安全隐患。

为此，本申请设计了一种基于直线电机的曲柄伺服压力机，直线电动机的动子相当于替换掉旋转运动到直线运动的运动装置，此种伺服压力机具有诸多优点：结构简单，安装方便，省却了减速箱等传动装置；减小了间隙，传动结构的减少，造成齿间间隙消除；直线电机作为伺服模垫动力来源，可节省伺服模垫的内部空间，减少伺服模垫内部的传动结构形式，提高伺服模垫的传动效率。

发明内容

本发明为了弥补现有技术中小型压力机中存在的不足，提供了一种新型的伺服压力机。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种新型的小吨位伺服压力机，包括机架，工作台、上模运动组件和伺服模垫，其特征在于：

所述机架为压力机机架，压力机机架的右上部安装有第一直线电机，压力机机架上设置有工作台；

所述工作台包括上工作台和下工作台；

所述上模运动组件可上下滑动的设置在上工作台的上方，上模运动组件通过增力机构连接第一直线电机；

所述伺服模垫安装在项工作台上，由第二直线电机驱动。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述第一直线电机的定子水平固定连接在压力机机架的右上部，第一直线电机的动子在定子端部中间伸出，动子连接增力机构。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述增力机构包括与第一直线电机的动子销轴连接的第一连杆，第一连杆的一端与第二连杆和第三连杆的一端通过销轴固定，第二连杆的另一端通过连杆固定端销轴固定在压力机机架上部，第三连杆的另一端连接上模运动组件。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述上模运动组件包括活动连接第三连杆的支撑杆，支撑杆的另一端固定连接滑块，滑块的左右两侧设有导轨，导轨安装在压力机机架上，滑块的下侧固定有上模。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述第三连杆另一端为球头，与支撑杆的瓦座形成连接。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述第二直线电机固定连接在下工作台上，第二直线电机向上驱动连接有伺服模垫，所述伺服模垫包括与第二直线电机的动子上端刚性连接的顶冠，顶冠侧面安装了压力传感器，左顶杆和右顶杆的下部安装在顶冠上面，左导柱和右导柱的外部下端固定在下工作台的机架上，左导柱和右导柱的内部上端连接顶冠下侧，左顶杆和右顶杆的上面放置工件。

本发明的有益效果是：

1.采用了直线电机作为动力源，相对于旋转电机和曲轴装置的传动系统，大大降低了系统的间隙和传动配合，提高了控制精度；

2.相对于双肘杆的增力机构，本专利提出的结构形式更加适合小型压力机的设计，更加美观；

3.机械压力机进行升级改造，结构简单，利于实现。

附图说明

图1为本发明伺服模垫行程和模垫压力之间的关系图；

图2为本发明新型的小吨位伺服压力机的结构示意图；

图3为本发明伺服模垫速度、压力和位置控制与滑块行程曲线的关系图。

图中，

1、连杆固定端，2、第一连杆，3、第二连杆，4、第三连杆，5、支撑杆，6、左导轨，7、左侧机架，8、滑块，9、上模，10、工件，11、下模，12、左顶杆，13、顶冠，14、左导柱，15、下工作台，16、第二直线电机，17、右导柱，18、右顶杆，19、右导轨，20、右侧支架，21、第一直线电机，22、上工作台，23、压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1-图3为本发明的一种具体实施例，该实施例的方案为：一个直线电机驱动的一级增力机构压力机，包括固定在设置在机架上的工作台，可上下滑动地设于压力机上且位于工作台上方的上模运动组件。压力机包括固定安装在工作台上方的一台直线电机，直线电机包括定子和动子。此压力机还包括增力机构，增力机构包括了一端转动地连接在上模运动组件上部的连杆。连杆的另一端分别连接两根两端，其中一根连杆的一端固定于压力机的机架上，另外一根连杆的一端固定在上下滑动的滑块上。直线电机的安装和分布需要在增力机构的连接端的可活动角度范围内，并且受到增力机构运动的限制。定子安装在机架上方，动子则可沿水平方向运动，压力机包括固定在工作台下方的一台直线电机，定子安装在工作台下方，动子则可沿着垂直方向运动，顶冠与其上的顶杆会随动子方向动作，导柱则可保持顶冠的左右不倾斜。

参照图2所示，第一直线电机21定子固定在此压力机机架的右上部，第一直线电机21的动子在定子端部中间伸出，一端与第一连杆2的一端连接，通过销轴连接，此销轴可自由旋转。连杆固定端1则将第二连杆3的一端通过销轴固定在压力机机架上部，此销轴可自由旋转，但旋转角度受限于机械结构。第二连杆3的一端与第一连杆2的一端和第三连杆4的一端通过销轴固定。第三连杆4的另一端为球头，与支撑杆5的瓦座形成连接，支撑杆5的另外一端与滑块8通过硬连接固定，左侧导轨6和右侧导轨19则分别与左侧机架7和右侧机架20接触，保持滑块8垂直滑动时不倾斜。模具上模9则固定在滑块8的下侧。

第一直线电机21是用来依靠动子提供动力来源，第一连杆2、第二连杆3和第三连杆4组成压力机的增力机构，将动力提供的力进行放大，施加给支撑杆5，将动力提供的力进行放大。支撑杆5起到动力传递的作用，将连杆放大的增力施加到滑块8上。下工作台22为了放置模具和工件使用，同时可接受小吨位的下压力。滑块8则是将模具上模进行安装固定，并提供小吨位的下压力。机架7和20则提供了滑块下压的压力机机械支撑和整机机械支撑。连杆固定端1则为连杆1的连接提供固定点。

从运动学上进行阐述，第一直线电机21依靠动子的左行和右行运动带动滑块运动。当第一直线电机21的动子同步向左运行时，第一连杆2和第三连杆4的一端都会同步向上移动，第一连杆2的一端沿着第一直线电机21的动子轴心线移动。由于被第一连杆2的端部带动，第三连杆4的另一端亦沿着支撑杆5的轴心线向上运动，支撑杆5会被动的拉起滑块8，最终表现滑块8整体上行。下行的路径和传动方式与上行正好相反，不再赘述。第一连杆2和第三连杆4都处于垂直的角度时，压力机的第一直线电机21的动子处于位置的右侧极限处，压力机的第一直线电机21的左侧极限处则需考虑第一连杆2、第二连杆3和第三连杆4的杆长。

如图2所示，第二直线电机16的定子固定在下工作台15，第二直线电机16的动子上端与顶冠13相刚性连接，顶冠13侧面安装了压力传感器23，左顶杆12和右顶杆18的下部安装在顶冠13上面，左导柱14和右导柱17的外部下端固定在下工作台15机架上，导柱14和导柱17的内部上端与顶冠13下面连接，左右顶杆的上面放置将要加工的工件10。第二直线电机16的动子在向上运动时，可将顶冠13顶起，随之左顶杆12和右顶杆18也将慢慢顶起，工件10也被左右顶杆慢慢顶起。

伺服压力机的伺服模垫中有压力传感器23，反馈压力信号，实现对压力的控制，结合滑块8的位置可产生任意的加压力。本实施例如图3所示，通过控制，可实现对伺服模垫直线运动的控制，包括位置、速度和压力等，并能在滑块接触工件的过程前，伺服垫开始从位置1处启动，并提前实现模垫预加速至位置2处，此处滑块运行位置和伺服垫运行位置重合，由于此处滑块运行速度和伺服垫速度相同，则两者相对速度为0，实现伺服模垫与滑块无冲击接触。接触后滑块压住顶冠13，带动伺服模垫向下运行，此时，第二直线电机16产生反向力矩即处于发电状态，结合滑块运行位置，在拉伸前建立压边力，在位置3处，由位置控制转换为压力控制，由压力传感器23反馈压力信号，控制第二直线电机16的输出力矩，从而进行压边力的控制和调整，产生任意的加压力。

伺服模垫可根据工件对压边力的需要进行任意的调整，防止在开始拉伸时起皱及最大变形时拉裂。在滑块回程时，伺服模垫可在下死点保压一定时间，可随滑块一起或相对于滑块独立运动，实现顶出工件并在等待位置处取件，回到伺服模垫上行程位置。通过控制第二直线电机16输出的力矩和运行速度，可任意调整伺服模垫位置上的压力和拉伸垫的运行速度，以适应不同工件的拉伸工艺，单独调整各点的压边力，完全实现伺服模垫的功能。

常规伺服压力机滑块下行过程中，上模下行与工件和下模的碰撞接触过程中，滑块左右部分受力不均衡，经过多次长时间的积累，造成滑块自身倾斜，会严重影响成形质量，严重的情况会损坏模具。另外左右偏载较为严重时，左右两边的压力吨位相差较大时，会发生滑块左右磨损不一致，也会导致滑块的成形过程受影响。

本实施例的伺服模垫的优势如图1所示，可根据伺服压力机的滑块下行位置，不断调整伺服模垫的加压力，以提升工件拉伸成形质量。

本实施例解决了背景技术中小型压力机中的应用问题，对称肘杆、增力机构的传动方式和伺服模垫进行针对性的提升：可有效减小上述四篇专利在小型压力机应用中设计宽度过宽的问题，本专利采用单侧肘杆的方式进行增力放大；尽可能保留现有机械压力机的传动形式情况下，进行伺服压力机改造，保留了曲柄连杆的结构，直接利用直线电机进行替换；适用于机械压力机的伺服化改造，并有助于减少压机本体的改动。

对于基于直线电机的伺服模垫，则通过控制直线电机的位置、速度和力矩，可直接完成对伺服模垫的控制。机械结构中间过程不需要进行丝杆等传动系统改变方向，提高了系统可靠性。控制过程简单明了，使用伺服直线电机控制器则可完成对伺服模垫的控制。

由于整套系统都采用了直线伺服电机作为驱动系统，伺服压力机不存在泄露液压油的安全隐患。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。