專利名稱：六電機并聯(lián)驅動機械多連桿伺服壓力機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種鍛壓機械技術領域的裝置，具體是一種六電機并聯(lián)驅動機械多連桿伺服壓力機。
背景技術：
壓力機是金屬成形加工領域中廣泛使用的鍛壓設備，品種和數(shù)量繁多，其中以機械壓力機應用最為廣泛?，F(xiàn)代制造技術的發(fā)展要求壓力機不僅能夠高速度、高精度、大負載運轉，而且應具有更大的柔性，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動成形裝備技術的逐步發(fā)展，出現(xiàn)了滑塊運動曲線可調的各種交流伺服驅動壓力機，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?shù)膱?zhí)行機構及其構件的尺寸， 得到一些滿足沖壓工藝要求的典型運動規(guī)律，但一種結構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、多連桿機構、非圓齒輪機構等可以部分改變某種驅動機構的滑塊運動規(guī)律，但當各桿件的尺寸參數(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用于機械壓力機的研究始于上世紀90年代美國俄亥俄州立大學工程研究中心，該中心S. Yossifon and R. Shivpuri提出了由交流伺服電動機驅動滾珠絲杠或曲柄，通過多桿機構將運動轉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，保證沖壓件的質量。之后，交流伺服電動機應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實現(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HlF系列。交流伺服電機驅動壓力機是成形裝備發(fā)展的新動向，是設備柔性化發(fā)展的必然趨勢。由于交流伺服電機驅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等傳動機構可以實現(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，雖然肘桿機構具有大的增力比，但難以構建大噸位的壓力機。經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，komatsu公司的HCP3000，伺服電動機通過皮帶等傳動機構驅動滾珠絲杠，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 伺服電機驅動。komatsu公司的H1F200，伺服電動機通過皮帶或齒輪等傳動機構驅動曲柄，再通過多連桿機構驅動沖壓滑塊，其公稱壓力達到2000kN，由一臺52kW伺服電機驅動。 komatsu公司的H2F300，伺服電動機通過皮帶或齒輪等傳動機構驅動滾珠絲杠，再通過多連桿機構驅動沖壓滑塊，其公稱壓力達到3000kN，由兩臺IOOkW伺服電機驅動。
考察現(xiàn)有的伺服壓力機驅動機構可以發(fā)現(xiàn)，從機構學的角度來看，上述壓力機的傳動機構都為單自由度的串聯(lián)機構，伺服電機以旋轉(曲柄)或移動(滾珠絲杠)方式直接或通過執(zhí)行機構(多連桿機構)驅動沖壓滑塊。單自由度機構實現(xiàn)確定運動的原則是應用一臺伺服電動機驅動。有的伺服壓力機驅動機構采用兩個伺服電機冗余驅動，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動機構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)有技術存在的上述不足，提供一種六電機并聯(lián)驅動機械多連桿伺服壓力機，在伺服電機和多連桿機構之間增加一個并聯(lián)驅動機構，以伺服電機驅動滾珠絲杠帶動滑塊(移動副)為輸入，采用并聯(lián)機構協(xié)調多個滑塊的運動，并聯(lián)機構的輸出則為單自由度的滑塊直線運動，再驅動具有增力作用的多連桿機構，最后帶動沖壓滑塊工作。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括機架、三組相同的直線驅動機構、三自由度并聯(lián)機構、肘桿機構和沖壓滑塊，其中三組直線驅動機構與并聯(lián)機構連接， 肘桿機構分別與三自由度并聯(lián)機構和沖壓模塊連接，機架套接于驅動機構和沖壓滑塊的外側。所述的直線驅動機構包括兩個伺服電機、兩個驅動絲杠和配套螺母、一個機械協(xié)調裝置和一個驅動滑塊，其中伺服電機與驅動絲杠連接，兩個配套螺母的兩端分別與驅動滑塊和機械協(xié)調裝置連接。所述的并聯(lián)機構包括三個連桿和一個動平臺，其中三個連桿的一端分別與三個直線驅動機構連接，三個連桿的另一端同時與動平臺連接。所述的肘桿機構為兩套左右對稱的六桿機構，該肘桿機構使用共同的輸入端和輸出端，輸入與輸出端都為直線運動滑塊。本發(fā)明采用的三自由度并聯(lián)機構的輸出動平臺與對稱肘桿機構的輸入滑塊之間用連桿通過轉動副連接。對稱肘桿機構的輸入滑塊只能沿垂直方向運動，通過肘桿機構的增力作用，驅動其公共輸出端(沖壓滑塊)，從而實現(xiàn)沖壓滑塊的鍛壓加工動作。本發(fā)明采用肘桿機構具有大的增力比，同時采用對稱布置可提高抗偏載能力，減少沖壓滑塊對導軌的載荷，可以長期維持壓力機的精度。同時，對稱肘桿機構可以抵消公共輸入端和輸出端所受的水平側向力，減少導軌的磨損和機架的變形。因此，本發(fā)明的并聯(lián)驅動機構將來自于六臺伺服電機的運動和轉矩轉化為單一輸出，傳遞、合成于沖壓滑塊上，使整個驅動系統(tǒng)輸出更大的成形壓力，由于具有運動容錯功能使得控制難度相對降低，并且可通過控制伺服電機的運動以實現(xiàn)不同的鍛壓工藝。本發(fā)明結構簡單、控制容易，制造成本低，能夠很好解決現(xiàn)有伺服壓力機受滾珠絲杠承載能力和伺服電機功率及輸出扭矩較小的限制而無法構建大噸位的伺服壓力機的問題。


圖1為本發(fā)明結構示意圖。
圖2為本發(fā)明直線驅動機構示意圖。圖3為本發(fā)明結構剖面示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括機架1、第一直線驅動機構2、第一導軌3、第二直線驅動機構4、第二導軌5、第四導軌6、肘桿機構7、第五導軌8、沖壓滑塊9、滑塊連桿10、并聯(lián)機構11、第三導軌12和第三直線驅動機構13，其中第一直線驅動機構2、第二直線驅動機構 4、第三直線驅動機構13的輸出端分別作為并聯(lián)機構11的輸入端，滑塊連桿10用于連接并聯(lián)機構11和肘桿機構7，沖壓滑塊8作為肘桿機構7的輸出端，機架1套接于上述驅動機構和沖壓滑塊的外側。如圖2所示，所述的第一直線驅動機構2、第二直線驅動機構4和第三直線驅動機構13具有相同的結構，包括第一伺服電機14、第二伺服電機21、第一驅動絲杠15、第一配套螺母17、第二驅動絲杠20、第二配套螺母19、機械協(xié)調裝置16和驅動滑塊18，其中第一驅動絲杠15和第二驅動絲杠20的兩端分別與第一伺服電機14、第二伺服電機21和機架1 相連接，第一配套螺母17和第二配套螺母19的兩端分別與驅動滑塊18和機械協(xié)調裝置16 連接。如圖3所示，所述的并聯(lián)機構11包括第一連桿22、第二連桿32、第三連桿33和動平臺31，其中第一連桿22、第二連桿32、第三連桿33的一端分別與第一直線驅動機構 2、第二直線驅動機構4和第三直線驅動機構13的驅動滑塊18相連接，第一連桿22、第二連桿32、第三連桿33的另一端與動平臺31連接。如圖3所示，所述的肘桿機構7是指兩套左右對稱的六桿機構，其使用共同的輸入端和輸出端，包括第四連桿23、第五連桿M、第六連桿25、第七連桿27、第八連桿觀和第九連桿四，輸入滑塊30和沖壓滑塊26 (輸出滑塊)，其中第四連桿23、第五連桿對、第六連桿25 —端用轉動副連接，另一端分別與輸入滑塊30、機架1和沖壓滑塊沈連接，構成左側六桿機構；第七連桿27、第八連桿觀和第九連桿四一端用轉動副連接，另一端分別與沖壓滑塊26、輸入滑塊30和機架1連接，構成右側六桿機構。本實施例的工作原理如下六臺伺服電機按設定運動規(guī)律轉動，推動三個第一直線驅動機構2、第二直線驅動機構4和第三直線驅動機構13的驅動滑塊18，分別沿第一導軌3、第二導軌5和第三導軌12運動，進而第一驅動滑塊18通過第一連桿22，第二驅動滑塊18通過連桿32，第三驅動滑塊18通過連桿33共同驅動動平臺31運動，動平臺31通過滑塊連桿10驅動滑塊30沿第四導軌6運動，然后滑塊30驅動對稱肘桿機構7，從而實現(xiàn)沖壓滑塊沈沿立柱第五導軌8進行上下運動的鍛造動作。因此，來自于六臺伺服電機的運動和力傳遞合成于沖壓滑塊上，完成鍛壓工作。
權利要求
1.一種六電機并聯(lián)驅動機械多連桿伺服壓力機，包括機架、直線驅動機構、并聯(lián)機構、肘桿機構和沖壓滑塊，其特征在于所述的并聯(lián)機構為三自由度并聯(lián)機構，所述的直線驅動機構為三組相同的直線驅動機構，三組直線驅動機構與并聯(lián)機構連接，肘桿機構分別與三自由度并聯(lián)機構和沖壓模塊連接，機架套接于驅動機構和沖壓滑塊的外側；所述的并聯(lián)機構包括三個連桿和一個動平臺，其中三個連桿的一端分別與三個直線驅動機構連接，三個連桿的另一端同時與動平臺連接；所述的直線驅動機構為三組相同的直線驅動機構，包括兩個伺服電機、兩個驅動絲杠和配套螺母、一個機械協(xié)調裝置和一個驅動滑塊，其中伺服電機與驅動絲杠連接，兩個配套螺母的兩端分別與驅動滑塊和機械協(xié)調裝置連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的六電機并聯(lián)驅動機械多連桿伺服壓力機，其特征是，所述的并聯(lián)機構包括第一連桿、第二連桿、第三連桿和動平臺，其中第一連桿、第二連桿、第三連桿的一端分別與第一直線驅動機構、第二直線驅動機構和第三直線驅動機構的驅動滑塊相連接，第一連桿、第二連桿、第三連桿的另一端與動平臺連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的六電機并聯(lián)驅動機械多連桿伺服壓力機，其特征是，所述的直線驅動機構，包括第一伺服電機、第二伺服電機、第一驅動絲杠、第一配套螺母、第二驅動絲杠、第二配套螺母、機械協(xié)調裝置和驅動滑塊，其中第一驅動絲杠和第二驅動絲杠的兩端分別與第一伺服電機、第二伺服電機和機架相連接，第一配套螺母和第二配套螺母的兩端分別與驅動滑塊和機械協(xié)調裝置連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的六電機并聯(lián)驅動機械多連桿伺服壓力機，其特征是，所述的肘桿機構為兩套左右對稱的六桿機構，該肘桿機構使用共同的輸入端和輸出端，輸入與輸出端都為直線運動滑塊。
5.根據(jù)權利要求1或者4所述的六電機并聯(lián)驅動機械多連桿伺服壓力機，其特征是，所述的肘桿機構是指兩套左右對稱的六桿機構，其使用共同的輸入端和輸出端為直線運動滑塊。
6.根據(jù)權利要求1或者4所述的六電機并聯(lián)驅動機械多連桿伺服壓力機，其特征是，所述的肘桿機構包括第四連桿、第五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連桿和第九連桿，輸入滑塊和沖壓滑塊，其中第四連桿、第五連桿、第六連桿一端用轉動副連接，另一端分別與輸入滑塊、機架和沖壓滑塊連接，構成左側六桿機構；第七連桿、第八連桿和第九連桿一端用轉動副連接，另一端分別與沖壓滑塊、輸入滑塊和機架連接，構成右側六桿機構。
全文摘要
一種鍛壓機械技術領域的六電機并聯(lián)驅動機械多連桿伺服壓力機，包括機架、三組相同的直線驅動機構、三自由度并聯(lián)機構、肘桿機構和沖壓滑塊，其中三組直線驅動機構與并聯(lián)機構連接，肘桿機構分別與三自由度并聯(lián)機構和沖壓模塊連接，機架套接于驅動機構和沖壓滑塊的外側。本發(fā)明結構簡單、控制容易，制造成本低，能夠很好解決現(xiàn)有伺服壓力機受滾珠絲杠承載能力和伺服電機功率及輸出扭矩較小的限制而無法構建大噸位的伺服壓力機的問題。
文檔編號B30B1/10GK102172759SQ20101030008
公開日2011年9月7日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權日2010年1月7日
發(fā)明者于隨然, 張勇, 白勇軍, 郭為忠, 高峰 申請人:上海交通大學