專利名稱：三伺服電機(jī)輸入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)械壓力機(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，具體是一種三伺服電機(jī)輸入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)械壓力機(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。傳統(tǒng)的機(jī)械壓力機(jī)一般采用曲柄連桿、多連桿或者非圓齒輪機(jī)構(gòu)等各種不同的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及合適的構(gòu)件尺寸來獲得工藝所需的滑塊運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但當(dāng)機(jī)構(gòu)類型和構(gòu)件尺寸確定后，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。數(shù)控伺服壓力機(jī)是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠或曲柄，通過多桿機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊所需的運(yùn)動(dòng)，它能非常方便地改變滑塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，適用于不同的沖壓工藝。由于伺服壓力機(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)到較大的公稱壓力值， 往往通過肘桿機(jī)構(gòu)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一定的增力作用。受伺服電機(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，但單電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式難以構(gòu)建大噸位的壓力機(jī)。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?01020140987. 4記載了一種“機(jī)械伺服壓力機(jī)的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)”，該實(shí)用新型的特征在于包括伺服電機(jī)、滾珠絲杠副以及對稱多連桿結(jié)構(gòu)；專利號(hào)為EP2052847A1的一項(xiàng)歐洲專利記載的一種伺服壓力機(jī)也采用了一種對稱多連桿機(jī)構(gòu)。這些對稱多連桿機(jī)構(gòu)不僅具有力放大作用還能有效地防止偏載。但這種力放大作用的效果在一定程度上還不足以滿足構(gòu)建大噸位的壓力機(jī)的要求?？疾飕F(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)角度來看，上述壓力機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都是單自由度的串聯(lián)機(jī)構(gòu)，如中國專利申請?zhí)?01010253304. 0、201020183488. 3中公開的機(jī)械式數(shù)控壓力機(jī)。但單自由度機(jī)構(gòu)原則上只能允許一臺(tái)伺服電機(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)，如中國專利號(hào)200810177948. 9中公開的“一種新型伺服驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)”，但這兩個(gè)伺服電機(jī)必須保證時(shí)時(shí)同步，以避免造成運(yùn)動(dòng)干涉。這樣雖然也可以增加輸入功率，增大壓力機(jī)成形壓力，卻增加了控制策略的難度，使控制穩(wěn)定性變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種新型的三伺服電機(jī)輸入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)械壓力機(jī)，以伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)為輸入，采用三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)三個(gè)輸入，并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的三副桿的輸出為豎直方向的直線運(yùn)動(dòng)，再驅(qū)動(dòng)經(jīng)改進(jìn)的具有二級(jí)增力作用的肘桿機(jī)構(gòu)，從而驅(qū)動(dòng)沖壓滑塊的工作。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種三伺服電機(jī)輸入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)械壓力機(jī)，包括機(jī)架、三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)、肘桿機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊，其中，三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的輸出端與連接機(jī)構(gòu)的輸入端活動(dòng)連接，連接機(jī)構(gòu)的輸出端與肘桿機(jī)構(gòu)的輸入端活動(dòng)連接，沖壓滑塊為肘桿機(jī)構(gòu)的輸出端，機(jī)架套接于三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)、肘桿機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊的外側(cè)。所述三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括第一伺服電機(jī)、第一曲柄、第一連桿、第二伺服電機(jī)、第二曲柄、第二連桿、正三角形板、第三伺服電機(jī)、第三曲柄和第三連桿，其中，第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)和第三伺服電機(jī)分別與第一曲柄、第二曲柄和第三曲柄的一端活動(dòng)連接，第一連桿、第二連桿和第三連桿的一端分別與第一曲柄、第二曲柄和第三曲柄的另一端活動(dòng)連接，第一連桿、第二連桿和第三連桿的另一端分別與正三角形板的三條邊的中點(diǎn)位置活動(dòng)連接。所述第一曲柄和第一連桿構(gòu)成的第一曲柄連桿機(jī)構(gòu)、第二曲柄和第二連桿構(gòu)成的第二曲柄連桿機(jī)構(gòu)、及第三曲柄和第三連桿構(gòu)成的第三曲柄連桿機(jī)構(gòu)位于三個(gè)互成120度角均布的豎直面上。所述連接機(jī)構(gòu)包括直連桿、直線滑道架和第一三副桿，其中，直連桿的一端與三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的正三角形板的下面中心位置活動(dòng)連接，直連桿的另一端與第一三副桿的第一個(gè)角活動(dòng)連接，并穿過直線滑道架的滑道，直線滑道架與機(jī)架固定連接。所述肘桿機(jī)構(gòu)包括第四連桿、第二三副桿、第五連桿、第六連桿、第三三副桿和第七連桿，其中第二三副桿的三個(gè)角分別與連接機(jī)構(gòu)的第一三副桿的第二個(gè)角、第四連桿的一端和第五連桿的一端活動(dòng)連接，第三三副桿的三個(gè)角分別與連接機(jī)構(gòu)的第一三副桿的第三個(gè)角、第六連桿的一端和第七連桿的一端活動(dòng)連接，第四連桿的另一端和第七連桿的另一端分別與機(jī)架活動(dòng)連接，第五連桿的另一端和第六連桿的另一端分別與沖壓滑塊活動(dòng)連接。 所述肘桿機(jī)構(gòu)為左右對稱的六桿機(jī)構(gòu)，所述左右對稱的六桿機(jī)構(gòu)包括共同的輸入端和輸出端。本發(fā)明采用的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以連接三套由伺服電機(jī)、曲柄和連桿組成的機(jī)構(gòu)，形成了無過約束的三輸入機(jī)構(gòu)，可以在增大輸入功率的同時(shí)降低控制難度。使用時(shí)均布的三個(gè)伺服電機(jī)需保證以相同的初始角、相同的速度來轉(zhuǎn)動(dòng)，使正三角形板上下運(yùn)動(dòng)，在直線滑道的約束下，驅(qū)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)的直連桿和三副桿只能沿豎直方向運(yùn)動(dòng)，通過具有增力作用的肘桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)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)，其具有大的增力比，采用對稱布置可提高抗偏載能力，減小沖壓滑塊對導(dǎo)軌的載荷，可以長期維持壓力機(jī)的精度，還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。本發(fā)明采用的肘桿機(jī)構(gòu)中與驅(qū)動(dòng)構(gòu)件連接的連桿，是用三角形構(gòu)架來取代原普通形式的連桿，這種放大的連桿使肘桿機(jī)構(gòu)具有更大的增力比，從而使增力特性更明顯。本發(fā)明利用了曲柄機(jī)構(gòu)本身具有的很強(qiáng)的增力特性、肘桿機(jī)構(gòu)本身的增力特性和經(jīng)過改進(jìn)后所具有的更明顯的增力特性，實(shí)現(xiàn)了力與功率的三級(jí)增力效果。因此，本發(fā)明的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)將來自于三臺(tái)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為單一輸入，傳遞、放大、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。由于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)所具有的運(yùn)動(dòng)容錯(cuò)功能使得控制難度相對降低，故可通過控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)不同的鍛壓工藝。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，制造成本低，能夠很好地解決因現(xiàn)有伺服電機(jī)輸出扭矩及功率較小而無法構(gòu)建大噸位伺服壓力機(jī)的問題。目前，國內(nèi)外尚未見到類似于本發(fā)明的文獻(xiàn)報(bào)道。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明三電機(jī)及三自由度并聯(lián)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)施例方式下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，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、三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)2、連接機(jī)構(gòu)3、肘桿機(jī)構(gòu)4和沖壓滑塊5。其中三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)2的輸出端與連接機(jī)構(gòu)3的輸入端通過鉸鏈連接，連接機(jī)構(gòu)3的輸出端與肘桿機(jī)構(gòu)4的輸入端通過鉸鏈連接，沖壓滑塊5 作為肘桿機(jī)構(gòu)4的輸出端。機(jī)架1套接于三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)2、連接機(jī)構(gòu)3、肘桿機(jī)構(gòu)4和沖壓滑塊5的外側(cè)。如圖2所示，所述的三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)2包括第一伺服電機(jī)6、第一曲柄7、第一連桿8、第二伺服電機(jī)9、第二曲柄10、第二連桿11、正三角形板12、第三伺服電機(jī) 15、第三曲柄14和第三連桿13，其中第一伺服電機(jī)6、第二伺服電機(jī)9、第三伺服電機(jī)15分別與第一曲柄7、第二曲柄10、第三曲柄14的一端通過鉸鏈連接，第一連桿8、第二連桿11、 第三連桿13的一端分別與第一曲柄7、第二曲柄10、第三曲柄14的另一端通過鉸鏈連接， 第一連桿8、第二連桿11、第三連桿13的另一端分別與正三角形板12的三條邊的中點(diǎn)位置通過鉸鏈連接。所述第一曲柄和第一連桿構(gòu)成的第一曲柄連桿機(jī)構(gòu)、第二曲柄和第二連桿構(gòu)成的第二曲柄連桿機(jī)構(gòu)、及第三曲柄和第三連桿構(gòu)成的第三曲柄連桿機(jī)構(gòu)位于三個(gè)互成 120度角均布的豎直面上。如圖3所示，所述的連接機(jī)構(gòu)3包括直連桿16、直線滑道架17和第一三副桿18， 其中直連桿16的一端與上述正三角形板12的下面中心位置通過鉸鏈連接，另一端與第一三副桿18的一個(gè)角通過鉸鏈連接，并穿過直線滑道架17的滑道。直線滑道架17與機(jī)架 1固接。如圖3所示，所述的肘桿機(jī)構(gòu)4是指左右對稱的六桿機(jī)構(gòu)，其使用共同的輸入端和輸出端，包括第四連桿19、第二三副桿20、第五連桿21、第六連桿22、第三三副桿23和第七連桿24，其中第二三副桿20的三個(gè)角分別與第一三副桿18的一個(gè)角、第四連桿19和第五連桿21的各一端通過鉸鏈連接，第三三副桿23的三個(gè)角分別與第一三副桿18的第三個(gè)角、第六連桿22和第七連桿24各自的另一端通過鉸鏈連接，第四連桿19和第七連桿24 各自的另一端分別與機(jī)架1通過鉸鏈連接，第五連桿21和第六連桿22各自的另一端與沖壓滑塊5通過鉸鏈連接。本實(shí)施例的工作原理如下三臺(tái)伺服電機(jī)按相同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)三根曲柄旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)三根連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，共同驅(qū)動(dòng)正三角形板12運(yùn)動(dòng)，正三角形板12通過直連桿16和第一三副桿18驅(qū)動(dòng)肘桿機(jī)構(gòu)4運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)沖壓滑塊5沿沖壓導(dǎo)軌進(jìn)行鍛壓動(dòng)作。由此，來自于三個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和力通過中間機(jī)構(gòu)的三級(jí)增力作用合成于沖壓滑塊上，完成鍛壓工作。
權(quán)利要求
1.一種三伺服電機(jī)輸入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)械壓力機(jī)，其特征在于，包括機(jī)架、三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)、肘桿機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊，其中，三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的輸出端與連接機(jī)構(gòu)的輸入端活動(dòng)連接，連接機(jī)構(gòu)的輸出端與肘桿機(jī)構(gòu)的輸入端活動(dòng)連接， 沖壓滑塊為肘桿機(jī)構(gòu)的輸出端，機(jī)架套接于三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)、肘桿機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊的外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三伺服電機(jī)輸入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)械壓力機(jī)，其特征在于， 所述三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括第一伺服電機(jī)、第一曲柄、第一連桿、第二伺服電機(jī)、 第二曲柄、第二連桿、正三角形板、第三伺服電機(jī)、第三曲柄和第三連桿，其中，第一伺服電機(jī)、第二伺服電機(jī)和第三伺服電機(jī)分別與第一曲柄、第二曲柄、第三曲柄的一端活動(dòng)連接， 第一連桿、第二連桿和第三連桿的一端分別與第一曲柄、第二曲柄和第三曲柄的另一端活動(dòng)連接，第一連桿、第二連桿和第三連桿的另一端分別與正三角形板的三條邊的中點(diǎn)位置活動(dòng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三伺服電機(jī)輸入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)械壓力機(jī)，其特征在于， 所述第一曲柄和第一連桿構(gòu)成的第一曲柄連桿機(jī)構(gòu)、第二曲柄和第二連桿構(gòu)成的第二曲柄連桿機(jī)構(gòu)、及第三曲柄和第三連桿構(gòu)成的第三曲柄連桿機(jī)構(gòu)位于三個(gè)互成120度角均布的豎直面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三伺服電機(jī)輸入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)械壓力機(jī)，其特征在于， 所述連接機(jī)構(gòu)包括直連桿、直線滑道架和第一三副桿，其中，直連桿的一端與三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的正三角形板的下面中心位置活動(dòng)連接，直連桿的另一端與第一三副桿的第一個(gè)角活動(dòng)連接，并穿過直線滑道架的滑道，直線滑道架與機(jī)架固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三伺服電機(jī)輸入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)械壓力機(jī)，其特征在于， 所述肘桿機(jī)構(gòu)包括第四連桿、第二三副桿、第五連桿、第六連桿、第三三副桿和第七連桿， 其中第二三副桿的三個(gè)角分別與連接機(jī)構(gòu)的第一三副桿的第二個(gè)角、第四連桿的一端和第五連桿的一端活動(dòng)連接，第三三副桿的三個(gè)角分別與連接機(jī)構(gòu)的第一三副桿的第三個(gè)角、第六連桿的一端和第七連桿的一端活動(dòng)連接，第四連桿的另一端和第七連桿的另一端分別與機(jī)架活動(dòng)連接，第五連桿的另一端和第六連桿的另一端分別與沖壓滑塊活動(dòng)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三伺服電機(jī)輸入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)械壓力機(jī)，其特征在于， 所述肘桿機(jī)構(gòu)為左右對稱的六桿機(jī)構(gòu)，所述左右對稱的六桿機(jī)構(gòu)包括共同的輸入端和輸出端。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三伺服電機(jī)輸入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多連桿機(jī)械壓力機(jī)，其特征在于，包括機(jī)架、三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)、肘桿機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊，其中，三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的輸出端與連接機(jī)構(gòu)的輸入端活動(dòng)連接，連接機(jī)構(gòu)的輸出端與肘桿機(jī)構(gòu)的輸入端活動(dòng)連接，沖壓滑塊為肘桿機(jī)構(gòu)的輸出端，機(jī)架套接于三電機(jī)及三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)、肘桿機(jī)構(gòu)和沖壓滑塊的外側(cè)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，制造成本低，能夠很好地解決因現(xiàn)有伺服電機(jī)輸出扭矩及功率較小而無法構(gòu)建大噸位伺服壓力機(jī)的問題。
文檔編號(hào)B30B1/14GK102328448SQ20111029298
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者岳義, 郭為忠, 馬春翔, 高峰, 黃迅 申請人:上海交通大學(xué)