專利名稱：四電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)械多連桿伺服壓力機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種鍛壓機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種四電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)械
多連桿伺服壓力機(jī)。
背景技術(shù)：
壓力機(jī)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(jī) 械壓力機(jī)應(yīng)用最為廣泛?，F(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展要求壓力機(jī)不僅能夠高速度、高精度、大負(fù)載 運(yùn)轉(zhuǎn)，而且應(yīng)具有更大的柔性，能迅速、方便地改變輸出運(yùn)動(dòng)規(guī)律。傳統(tǒng)的機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)動(dòng) 特性單一、工藝適用性差。近年來(lái)隨著交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)成形裝備技術(shù)的逐步發(fā)展，出現(xiàn)了 滑塊運(yùn)動(dòng)曲線可調(diào)的各種交流伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)，使得壓力機(jī)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(jī)械壓力機(jī)一般采用各種不同的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)獲得工藝所需的滑塊運(yùn)動(dòng)規(guī) 律，以滿足不同的工藝要求。傳統(tǒng)的機(jī)械壓力機(jī)通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)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(yùn)動(dòng)規(guī)律，但一種結(jié)構(gòu)方案無(wú)法滿足多種典型運(yùn)動(dòng)規(guī)律 的要求。雖然采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、多連桿機(jī)構(gòu)、非圓齒輪機(jī)構(gòu)等可以部分改變某種驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)的滑塊運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但當(dāng)各桿件的尺寸參數(shù)確定后，滑塊的運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)應(yīng)用于機(jī)械壓力機(jī)的研究始于上 世紀(jì)90年代美國(guó)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠或曲柄，通過(guò)多桿機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊所需的運(yùn)動(dòng)它 能極方便地改變滑塊的運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)應(yīng)用于機(jī)械壓力機(jī)的研究迅速發(fā)展，日本、加拿大等 國(guó)均進(jìn)行了深入的研究，日本小松和會(huì)田等公司分別開發(fā)了各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型 壓力機(jī)。其中，日本著名的壓力機(jī)生產(chǎn)廠商komatsu公司將其稱為具有"free motion"的壓 力機(jī)，通過(guò)編制不同的程序?qū)崿F(xiàn)工藝所需的各種運(yùn)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)是 成形裝備發(fā)展的新動(dòng)向，是設(shè)備柔性化發(fā)展的必然趨勢(shì)。 由于交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)沒有飛輪儲(chǔ)蓄能量克服鍛壓工件時(shí)需要的成形壓 力，為達(dá)到所需的公稱壓力值，往往通過(guò)多連桿機(jī)構(gòu)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)一定的增力作用。 受滾珠絲杠承載能力和伺服電機(jī)功率和輸出扭矩較小的限制，雖然肘桿機(jī)構(gòu)具有大的增力 比，但難以構(gòu)建大噸位的壓力機(jī)。 經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，komatsu公司的HCP3000，伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶等傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，通過(guò)螺母直接帶動(dòng)沖壓滑塊，其公稱壓力僅達(dá)到800kN，由兩臺(tái)12kW 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。komatsu公司的H1F200，伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶或齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)曲 柄，再通過(guò)多連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)沖壓滑塊，其公稱壓力達(dá)到2000kN，由一臺(tái)52kW伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 komatsu公司的H2F300，伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶或齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，再通過(guò)多 連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)沖壓滑塊，其公稱壓力達(dá)到3000kN，由兩臺(tái)100kW伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
3
考察現(xiàn)有的伺服壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度來(lái)看，上述壓力機(jī)的 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都為單自由度的串聯(lián)機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)以旋轉(zhuǎn)(曲柄)或移動(dòng)(滾珠絲杠)方式直 接或通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(多連桿機(jī)構(gòu))驅(qū)動(dòng)沖壓滑塊。單自由度機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)確定運(yùn)動(dòng)的原則是應(yīng) 用一臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。有的伺服壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)伺服電機(jī)冗余驅(qū)動(dòng)，但這兩個(gè) 伺服電機(jī)必須保證時(shí)時(shí)同步，以避免輸入不同步造成的運(yùn)動(dòng)干涉。這樣雖然可以增加輸入 功率，增大壓機(jī)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(gè)輸
入誤差都會(huì)造成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法正常工作甚至發(fā)生損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種四電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)械多連桿伺服 壓力機(jī)，在伺服電機(jī)和多連桿機(jī)構(gòu)之間增加一個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠 帶動(dòng)滑塊(移動(dòng)副)為輸入，采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)多個(gè)滑塊的運(yùn)動(dòng)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的輸出則為單自 由度的滑塊直線運(yùn)動(dòng)，再驅(qū)動(dòng)具有增力作用的多連桿機(jī)構(gòu)，最后帶動(dòng)沖壓滑塊工作。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括機(jī)架、直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)、 肘桿機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊，其中所述的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為結(jié)構(gòu)相同的兩組，所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)為二 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，兩組直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別與二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)連接，肘桿機(jī)構(gòu)分別與二自 由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊連接，機(jī)架套接于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊的外側(cè)； 所述的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)伺服電機(jī)、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)絲杠、一個(gè)機(jī)械協(xié)調(diào)裝置和一 個(gè)驅(qū)動(dòng)滑塊，其中伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)絲杠固定連接，驅(qū)動(dòng)滑塊和機(jī)械協(xié)調(diào)裝置分別平行套接 于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)絲杠上； 所述的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)復(fù)合支鏈和一個(gè)動(dòng)平臺(tái)，其中兩個(gè)復(fù)合支
鏈的一端分別與兩個(gè)直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)滑塊連接，另一端同時(shí)和動(dòng)平臺(tái)連接。
所述的復(fù)合支鏈?zhǔn)侵竷筛嗤Y(jié)構(gòu)平行設(shè)置的傳動(dòng)桿。 所述的肘桿機(jī)構(gòu)包括對(duì)稱設(shè)置于動(dòng)平臺(tái)的兩側(cè)的六根連桿和兩個(gè)輸入滑塊，其 中三根連桿的一端共軸連接，三根連桿的另一端分別與一個(gè)輸入滑塊、機(jī)架和沖壓滑塊連 接，輸入滑塊與動(dòng)平臺(tái)固定連接。 本發(fā)明采用的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的輸出動(dòng)平臺(tái)與對(duì)稱肘桿機(jī)構(gòu)的輸入滑塊之間 通過(guò)水平移動(dòng)副連接。對(duì)稱肘桿機(jī)構(gòu)的輸入滑塊只能沿垂直方向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)具有增力作用 的肘桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)其公共輸出端(沖壓滑塊)，從而實(shí)現(xiàn)沖壓滑塊的鍛壓加工動(dòng)作。
本發(fā)明采用肘桿機(jī)構(gòu)具有大的增力比，同時(shí)采用對(duì)稱布置可提高抗偏載能力，減 少?zèng)_壓滑塊對(duì)導(dǎo)軌的載荷，可以長(zhǎng)期維持壓力機(jī)的精度。同時(shí)，對(duì)稱肘桿機(jī)構(gòu)可以抵消公共 輸入端和輸出端所受的水平側(cè)向力，減少導(dǎo)軌的磨損和機(jī)架的變形。因此，本發(fā)明的并聯(lián)驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)將來(lái)自于四臺(tái)服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為單一輸出，傳遞、合成于沖壓滑塊上，使整 個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出更大的成形壓力，由于具有運(yùn)動(dòng)容錯(cuò)功能使得控制難度相對(duì)降低，并且可 通過(guò)控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)不同的鍛壓工藝。 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易，制造成本低，能夠很好解決現(xiàn)有伺服壓力機(jī)受滾珠絲 杠承載能力和伺服電機(jī)功率及輸出扭矩較小的限制而無(wú)法構(gòu)建大噸位的伺服壓力機(jī)的問 題。目前國(guó)內(nèi)外尚未見到類似于本發(fā)明四電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)伺服壓力機(jī)的文獻(xiàn)報(bào)道。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 如圖1所示，本實(shí)施例包括機(jī)架1、第一直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、第一導(dǎo)軌3、并聯(lián)機(jī)構(gòu)4、 第三導(dǎo)軌5、肘桿機(jī)構(gòu)6、第四導(dǎo)軌7、沖壓滑塊8、第二導(dǎo)軌9、第二直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)IO，其中 第一直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、第二直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10的輸出端分別作為并聯(lián)機(jī)構(gòu)4的輸入端，并聯(lián)機(jī) 構(gòu)4的輸出端和肘桿機(jī)構(gòu)6的輸入端之間采用移動(dòng)副連接，沖壓滑塊8作為肘桿機(jī)構(gòu)6的 輸出端，機(jī)架1套接于上述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊的外側(cè)。 如圖2所示，所述的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2和10具有相同的結(jié)構(gòu)，包括第一伺服電機(jī) 11、第二伺服電機(jī)18、第一驅(qū)動(dòng)絲杠12及其配套螺母14、第二驅(qū)動(dòng)絲杠17及其配套螺母 16、一個(gè)機(jī)械協(xié)調(diào)裝置13和一個(gè)驅(qū)動(dòng)滑塊15，其中第一驅(qū)動(dòng)絲杠12和第二驅(qū)動(dòng)絲杠17的 兩端分別與第一伺服電機(jī)11、第二伺服電機(jī)18和機(jī)架1相連接，兩個(gè)配套螺母14、16的兩 端分別與驅(qū)動(dòng)滑塊15和機(jī)械協(xié)調(diào)裝置13連接。 如圖3所示，所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)4包括由兩個(gè)相同傳動(dòng)桿19構(gòu)成的第一復(fù)合支鏈、 由兩個(gè)相同傳動(dòng)桿28構(gòu)成的第二復(fù)合支鏈及輸出動(dòng)平臺(tái)27，其中第一復(fù)合支鏈的兩端分 別與第一直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的驅(qū)動(dòng)滑塊15和動(dòng)平臺(tái)27連接，第二復(fù)合支鏈的兩端分別與第 二直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10的驅(qū)動(dòng)滑塊15和動(dòng)平臺(tái)27連接。 如圖3所示，所述的肘桿機(jī)構(gòu)6是指左右對(duì)稱的六桿機(jī)構(gòu)，其使用共同的輸入端和 輸出端，包括第一連桿20、第二連桿21、第三連桿22、第四連桿23、第五連桿24和第六連桿 25，輸入滑塊26和沖壓滑塊8 (輸出滑塊)，其中第一連桿20、第二連桿21和第三連桿22 的一端用一公共轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，另一端分別與輸入滑塊26、機(jī)架1和沖壓滑塊8連接，第四連 桿23、第五連桿24和第六連桿25的一端用一公共轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，另一端分別與沖壓滑塊8、 輸入滑塊26和機(jī)架l連接。 本實(shí)施例的工作原理如下四臺(tái)伺服電機(jī)按設(shè)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)第一直線驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)2和第二直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10的驅(qū)動(dòng)滑塊15，分別沿第一導(dǎo)軌3和第二導(dǎo)軌9運(yùn)動(dòng)，進(jìn) 而第一直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的驅(qū)動(dòng)滑塊15通過(guò)第一復(fù)合支鏈，第二直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)10的驅(qū)動(dòng)滑 塊15通過(guò)第二復(fù)合支鏈，共同驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)27運(yùn)動(dòng)，動(dòng)平臺(tái)27通過(guò)移動(dòng)副驅(qū)動(dòng)滑塊26沿第 三導(dǎo)軌5運(yùn)動(dòng)，然后滑塊26驅(qū)動(dòng)對(duì)稱肘桿機(jī)構(gòu)6，從而實(shí)現(xiàn)沖壓滑塊8沿第四導(dǎo)軌7進(jìn)行上 下運(yùn)動(dòng)的鍛造動(dòng)作。由此，來(lái)自于四臺(tái)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和力傳遞合成于沖壓滑塊上，完成鍛 壓工作。
權(quán)利要求
一種四電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)械多連桿伺服壓力機(jī)，包括機(jī)架、直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)、肘桿機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊，其特征在于所述的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為結(jié)構(gòu)相同的兩組，所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)為二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，兩組直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別與二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)連接，肘桿機(jī)構(gòu)分別與二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊連接，機(jī)架套接于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊的外側(cè)；所述的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)伺服電機(jī)、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)絲杠、一個(gè)機(jī)械協(xié)調(diào)裝置和一個(gè)驅(qū)動(dòng)滑塊，其中伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)絲杠固定連接，驅(qū)動(dòng)滑塊和機(jī)械協(xié)調(diào)裝置分別平行套接于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)絲杠上；所述的二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)復(fù)合支鏈和一個(gè)動(dòng)平臺(tái)，其中兩個(gè)復(fù)合支鏈的一端分別與兩個(gè)直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)滑塊連接，另一端同時(shí)和動(dòng)平臺(tái)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)械多連桿伺服壓力機(jī)，其特征是，所述的 復(fù)合支鏈?zhǔn)侵竷筛嗤Y(jié)構(gòu)平行設(shè)置的傳動(dòng)桿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)械多連桿伺服壓力機(jī)，其特征是，所述的 肘桿機(jī)構(gòu)包括對(duì)稱設(shè)置于動(dòng)平臺(tái)的兩側(cè)的六根連桿和兩個(gè)輸入滑塊，其中三根連桿的 一端共軸連接，三根連桿的另一端分別與一個(gè)輸入滑塊、機(jī)架和沖壓滑塊連接，輸入滑塊與 動(dòng)平臺(tái)固定連接。
全文摘要
一種鍛壓機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的四電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)械多連桿伺服壓力機(jī)，包括機(jī)架、直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)、肘桿機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊，所述的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為結(jié)構(gòu)相同的兩組，所述的并聯(lián)機(jī)構(gòu)為二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，兩組直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別與二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)連接，肘桿機(jī)構(gòu)分別與二自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊連接，機(jī)架套接于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊的外側(cè)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易，制造成本低，能夠很好解決現(xiàn)有伺服壓力機(jī)受滾珠絲杠承載能力和伺服電機(jī)功率及輸出扭矩較小的限制而無(wú)法構(gòu)建大噸位的伺服壓力機(jī)的問題。
文檔編號(hào)B21J9/18GK101786133SQ20101013263
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者于隨然, 白勇軍, 郭為忠, 馬春翔, 高峰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)