一種轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)，包括沖裁裝置和増力增速調(diào)整裝置。沖裁裝置包括能豎向滑移的滑塊。増力增速調(diào)整裝置包括曲柄連桿機(jī)構(gòu)、擺動架和螺紋副；擺動架設(shè)置在曲柄連桿機(jī)構(gòu)和螺紋副之間，且擺動架分別與機(jī)架、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和螺紋副相鉸接。曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括曲柄和連桿。螺紋副包括螺母和螺桿，螺桿高度能升降。采用上述結(jié)構(gòu)后，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)特性與力學(xué)特性可調(diào)，能根據(jù)板材的厚度及沖裁力的大小進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。如大沖裁力采用低速重載模式，小沖裁力采用高速模式。另外，僅需對沖頭接觸板材時曲柄與連桿間的角度單一參數(shù)進(jìn)行控制即可實現(xiàn)增力特性及增速特性的控制，對螺桿的高度進(jìn)行控制即可適應(yīng)板厚的變化，可控性好。
【專利說明】
-種轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及一種數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床及工作方法，特別是一種轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī) 構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床是金屬板材加工領(lǐng)域的重要裝備，轉(zhuǎn)塔沖床按照其主傳動機(jī)構(gòu)的動 力源類型可W分為機(jī)械式、液壓式和全電伺服式Ξ種類型。由于全電伺服式?jīng)_床具有速度 快、精度高、節(jié)能、環(huán)保、滑塊運(yùn)動曲線可控等突出優(yōu)點，近幾年逐步取代傳統(tǒng)的機(jī)械式和液 壓式結(jié)構(gòu)，成為行業(yè)的主流產(chǎn)品。
[0003] 現(xiàn)有全電伺服式數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床技術(shù)中按照機(jī)構(gòu)的類型可W分為曲柄滑塊式、肘桿 式等多種機(jī)構(gòu)形式。但是運(yùn)些機(jī)構(gòu)形式分為兩大類：
[0004] -、采用單電機(jī)驅(qū)動的平面連桿機(jī)構(gòu)形式
[0005] 目前已有的單電機(jī)驅(qū)動的平面連桿機(jī)構(gòu)形式，主要存在如下不足：
[0006] 1、柔性差:機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)特性與力學(xué)特性不可調(diào)，即機(jī)構(gòu)的增力特性、增速特性都 是固定的，不能根據(jù)沖裁的板厚及沖裁力的大小進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，導(dǎo)致小負(fù)荷時沖裁速度不 快，慢速沖裁時沖裁力不大。
[0007] 2、曲軸的支撐軸承負(fù)荷過大，整個沖裁載荷全部作用在曲軸的支撐軸承上，容易 引起該軸承的損壞。
[000引3、不能實現(xiàn)大行程、恒力加工模式，無法完成拉深等成型加工。
[0009] 二、采用雙電機(jī)驅(qū)動的二自由度平面連桿機(jī)構(gòu)
[0010] 目前已有的二自由度混合驅(qū)動機(jī)械式伺服壓力機(jī)，基本為高度非線性機(jī)構(gòu)，其增 力與增速特性受到多方面因素影響，控制參數(shù)提取困難，可控性較差。另外，隨著沖頭沖壓 曲線的變化，電機(jī)功率的利用率也會發(fā)生變化，不能保證電機(jī)在各個工況下都處于滿負(fù)荷 工作，造成功率浪費。 【實用新型內(nèi)容】
[0011] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種轉(zhuǎn)塔沖床 用主傳動機(jī)構(gòu)，該轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)能根據(jù)板材的厚度及沖裁力的大小進(jìn)行動態(tài)調(diào) 整，如大沖裁力采用低速重載模式，小沖裁力采用高速模式。另外，機(jī)構(gòu)的增力特性與增速 特性可控性好，電機(jī)的功率利用率高。在相同電機(jī)功率的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的沖裁速度 和沖裁力。并且能夠適用于高速，重載的應(yīng)用場合。
[0012] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：
[0013] -種轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)，包括沖裁裝置和増力增速調(diào)整裝置。
[0014] 沖裁裝置包括能豎向滑移的滑塊。
[0015] 増力增速調(diào)整裝置包括曲柄連桿機(jī)構(gòu)、擺動架和螺紋副；擺動架設(shè)置在曲柄連桿 機(jī)構(gòu)和螺紋副之間，且擺動架分別與機(jī)架、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和螺紋副相較接。
[0016] 曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括曲柄和連桿，連桿的一端與曲柄的轉(zhuǎn)動軸相較接，連桿的另一 端與擺動架相較接；曲柄與連桿之間的角度能夠調(diào)整。
[0017] 螺紋副包括螺母、螺桿和螺紋副驅(qū)動部件;螺母的高度位置固定，螺桿與螺母相配 合，螺桿的一端直接或間接與擺動架相較接;螺桿能在螺紋副驅(qū)動部件的驅(qū)動下實現(xiàn)高度 升降及鎖定。
[0018] 所述螺紋副驅(qū)動部件包括電機(jī)和由電機(jī)帶動的同步帶，同步帶的一端套裝在螺母 的外周。
[0019] 所述螺紋副驅(qū)動部件為齒輪傳動。
[0020] 所述螺紋副驅(qū)動部件為氣缸或電動缸與曲柄的組合。
[0021] 擺動架呈L型，擺動架的尖端拐角朝上，且該尖端拐角與滑塊的頂端相較接。擺動 架的其中一個自由端與曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的連桿相較接;擺動架的另一個自由端與螺紋副相 較接。
[0022] 擺動架為V型架或Ξ角形架，該V型架或Ξ角形架上具有Ξ個較接點，Ξ個較接點 分別與連桿、滑塊和螺紋副相較接。
[0023] 擺動架為直線桿，該直線桿上設(shè)置有兩個較接點，一個較接點與滑塊相較接，另一 個較接點分別與連桿和螺紋副相較接。
[0024] 本實用新型采用上述結(jié)構(gòu)后，具有如下有益效果：
[0025] 1、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)特性與力學(xué)特性可調(diào)，能根據(jù)板材的厚度及沖裁力的大小進(jìn)行動 態(tài)調(diào)整。如大沖裁力采用低速重載模式，小沖裁力采用高速模式。
[0026] 2、在任何加工模式下，曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的電機(jī)均能滿載輸出，能夠減小選用電機(jī) 的規(guī)格，功率損耗小，在相同電機(jī)功率的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的沖裁速度和沖裁力。
[0027] 3、沖裁力由曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的支撐軸承和螺紋副共同承受，支撐軸承的載荷明顯 減小，能夠提高支撐軸承的使用壽命。
[0028] 4、具有大行程恒力輸出模式，適合成型加工模式。
[0029] 5、曲柄連桿機(jī)構(gòu)與螺紋副同時動作，能合成復(fù)雜多樣的滑塊運(yùn)動特性曲線，極大 擴(kuò)展了加工柔性。
[0030] 6、機(jī)構(gòu)的力學(xué)特性調(diào)整易于控制，僅需對沖頭接觸板材時曲柄與連桿間的角度單 一參數(shù)進(jìn)行控制即可實現(xiàn)增力特性及增速特性的控制，對螺桿的高度進(jìn)行控制即可適應(yīng)板 厚的變化，可控性好。
【附圖說明】
[0031] 圖1顯示了本實用新型一種轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖2顯示了本實用新型一種轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)的原理圖。
[0033] 圖3顯示了本實用新型中擺動架分別與曲柄連桿機(jī)構(gòu)和螺紋副相較接的第二種實 施例。
[0034] 圖4顯示了本實用新型中擺動架分別與曲柄連桿機(jī)構(gòu)和螺紋副相較接的第Ξ種實 施例。
[0035] 圖5顯示了本實用新型中主傳動機(jī)構(gòu)對任意板厚時的高速加工模式。
[0036] 圖6顯示了本實用新型中主傳動機(jī)構(gòu)對不同板厚時高速沖裁時的示意圖。
[0037] 圖7顯示了本實用新型中主傳動機(jī)構(gòu)對任意板厚時的重載加工模式。
[0038] 圖8顯示了本實用新型中主傳動機(jī)構(gòu)的大行程恒力加工模式。
[0039] 圖9顯示了 Ξ種加工模式控制原理示意圖。
[0040] 其中有：
[0041] 1.機(jī)架;21.滑塊;22.豎向連桿;31.曲柄;32.連桿;4.擺動架;51.螺母;52.螺桿； 53.支撐桿;54.螺紋副驅(qū)動部件;541.調(diào)整電機(jī);542.同步帶。
【具體實施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖和具體較佳實施方式對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0043] 如圖1和圖2所示，一種轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架1、沖裁裝置和増力增速 調(diào)整裝置。
[0044] 沖裁裝置包括豎向連桿22和能豎向滑移的滑塊21。豎向連桿的一端與増力增速調(diào) 整裝置相較接，豎向連桿的另一端與滑塊滑動連接。
[0045] 機(jī)架上設(shè)置有滑塊導(dǎo)向部，滑塊能在豎向連桿的帶動下，沿著滑塊導(dǎo)向部進(jìn)行上 下滑移。
[0046] 増力增速調(diào)整裝置包括曲柄連桿機(jī)構(gòu)、擺動架4和螺紋副。
[0047] 曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括曲柄31和連桿32,曲柄與機(jī)架轉(zhuǎn)動連接，連桿的一端與曲柄的 轉(zhuǎn)動軸相較接，連桿的另一端與擺動架相較接；曲柄與連桿之間的角度能夠調(diào)整。
[004引螺紋副包括螺母51、螺桿52、支撐桿53和螺紋副驅(qū)動部件54。
[0049] 螺母的高度位置固定，螺桿與螺母相配合，螺桿的一端與支撐桿相較接，支撐桿的 另一端與擺動架相較接;螺桿能在螺紋副驅(qū)動部件的驅(qū)動下實現(xiàn)高度升降及鎖定。
[0050] 螺紋副驅(qū)動部件優(yōu)選有如下幾種實施例。
[0051] 實施例1:螺紋副驅(qū)動部件包括電機(jī)和由電機(jī)帶動的同步帶，同步帶的一端套裝在 螺母的外周。
[0052] 實施例2:螺紋副驅(qū)動部件為齒輪傳動。
[0053] 實施例3:螺紋副驅(qū)動部件為氣缸或電動缸與曲柄的組合。
[0054] 擺動架設(shè)置在曲柄連桿機(jī)構(gòu)和螺紋副之間，且擺動架分別與機(jī)架、曲柄連桿機(jī)構(gòu) 和螺紋副相較接。
[0055] 擺動架的結(jié)構(gòu)形式可W多樣，優(yōu)選具有如下優(yōu)選實施例：
[0056] 第一種實施例
[0057] 如圖1和圖2所示，擺動架呈L型，L型擺動架的尖端拐角朝上，且該尖端拐角與豎向 連桿的頂端相較接。L型擺動架的其中一個自由端與曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的連桿相較接;L型擺 動架的另一個自由端與螺紋副中的支撐桿相較接。
[005引第二種實施例
[0059] 如圖3所示，擺動架為V型架或Ξ角形架，該V型架或Ξ角形架上具有Ξ個較接點， Ξ個較接點分別與連桿、豎向連桿和支撐桿相較接。
[0060] 第=種實施例
[0061] 如圖4所示，擺動架為直線桿，該直線桿上設(shè)置有兩個較接點，一個較接點與豎向 連桿相較接，也即與滑塊相較接;另一個較接點分別與連桿和支撐桿相較接。
[0062] -種轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)的工作方法，滑塊能在増力增速調(diào)整裝置的作用下， 實現(xiàn)如下Ξ個加工模式。
[0063] 1)柔性加工模式：曲柄連桿機(jī)構(gòu)和螺紋副同時動作，形成柔性滑塊運(yùn)動曲線;該柔 性滑塊運(yùn)動曲線能根據(jù)加工需求進(jìn)行改變。
[0064] 2)快速或重載加工模式:將螺紋副中螺桿高度調(diào)整到設(shè)定位置并鎖定，曲柄連桿 機(jī)構(gòu)動作，能完成固定板厚的快速或重載沖壓加工。
[0065] 上述鎖定方式為：1、螺紋副驅(qū)動機(jī)構(gòu)固定于某位置不動；2、螺桿上螺紋的螺旋角 較小時，螺紋副本身就可W自鎖。
[0066] 上述快速或重載加工模式下，螺紋副自鎖方式為：電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，螺桿上螺紋的螺 旋角較小時，螺紋副即可W實現(xiàn)自鎖。
[0067] 3)大行程恒力加工模式:將曲柄連桿機(jī)構(gòu)在設(shè)定位置進(jìn)行鎖定，螺紋副動作，能實 現(xiàn)大行程恒力加工模式。
[0068] 上述大行程恒力加工模式下，曲柄連桿機(jī)構(gòu)鎖定的設(shè)定位置為曲柄與連桿位于同 一直線位置。
[0069] 如圖8所示，曲柄與連桿位于同一直線，形成自鎖，電機(jī)通過同步帶帶動螺母旋轉(zhuǎn)， 通過螺紋副傳動驅(qū)動螺桿上下運(yùn)動。螺桿的上下運(yùn)動帶動滑塊上下運(yùn)動，實現(xiàn)大行程恒力 加工模式，主要用于成型加工。
[0070] 與傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)塔沖床不同，全電伺服數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床加工時，在伺服電機(jī)的驅(qū) 動下曲柄僅僅在小角度內(nèi)擺動(相對應(yīng)的沖頭僅在小范圍內(nèi)往復(fù)運(yùn)動），W達(dá)到快速加工的 目的，同時沖頭(安裝在滑塊下端)的位置是可控的；而傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)塔沖床，在交流異步 電機(jī)的驅(qū)動下曲柄作連續(xù)的完整的圓周運(yùn)動，加工效率低，能耗高，沖頭的位置不可控。
[0071] 在上述快速或重載加工模式下，通過電機(jī)帶動螺母旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實現(xiàn)螺桿的上下運(yùn) 動，從而均能實現(xiàn)對不同板厚，不同増力特性和不同增速特性的調(diào)整。
[0072] 一、増力和增速特性調(diào)整
[0073] 當(dāng)沖頭接觸板材時，通過對曲柄與連桿間角度的控制，即能實現(xiàn)不同増力特性和 不同增速特性的調(diào)整；另外，當(dāng)沖頭接觸板材時，通過對螺桿高度的調(diào)整，則能實現(xiàn)曲柄與 連桿間角度的調(diào)整。
[0074] 沖裁力通常為瞬間的沖擊載荷，即一般沖頭進(jìn)入板材的~1/2沖裁力消失。所 W，在本實用新型中，整個主傳動機(jī)構(gòu)的增力特性與增速特性，僅需考慮沖頭接觸板材時的 曲柄與連桿的角度即可。
[0075] 沖頭接觸板材時，曲軸與連桿間的夾角決定了機(jī)構(gòu)的增力、增速特性。曲柄與連桿 之間所呈的銳形夾角越大，増力越小，增速越大。
[0076] 如圖5所示，當(dāng)曲柄與連桿相垂直時（也即呈90°時），板厚為tl時，增速最大，沖裁 速度最快。
[0077] 如圖7所示，當(dāng)沖頭接觸板材時，曲柄與連桿之間所呈的銳形夾角越小，増力效果 越明顯，增速越小。圖7中，曲柄與連桿所呈夾角為30°，為一個優(yōu)選實施例。
[007引如圖9所示，曲柄長度為R，曲柄與連桿夾角為Θ，擺動架兩側(cè)較接點間距為L，左側(cè) 和中間間距為L1，加工板厚為t，螺桿高度為h。
[00巧]1.增力特性控制：
[0080] 假設(shè)左側(cè)曲柄的驅(qū)動伺服電機(jī)驅(qū)動扭矩為M，則：
[0081]
[0082] 式中，F(xiàn)為沖裁力，Θ為變量。運(yùn)時，僅需對Θ進(jìn)行控制即可實現(xiàn)對增力特性的控制，Θ 越大，增力效果越小，Θ越小增力效果越大。
[0083] 2.增速特性控制：
[0084] 假設(shè)右側(cè)螺紋副鎖定，左側(cè)曲柄驅(qū)動電機(jī)滿載加速運(yùn)動，瞬時功率為P，由于P = F · V，即速度與沖裁力呈反比關(guān)系，速度越快，沖裁力越小，反之亦然。
[0085] 由上述分析可知，電機(jī)可W始終工作于最大功率，電機(jī)功率得W充分利用。只通過 控制參數(shù)Θ即可實現(xiàn)對增力和增速特性的控制。
[0086] 二、板材厚度控制
[0087] 對螺桿高度的控制，即能適應(yīng)板厚的變化。
[008引
[0089] 上式中，Δ t為沖頭的高度變化量，Δ h為為螺桿高度的變化量。通過對螺桿高度單 一參數(shù)的控制即可實現(xiàn)不同厚度板材的加工。
[0090] 如圖6所示，顯示了板厚為t2時的高速沖裁模式，曲柄與連桿垂直，調(diào)整電機(jī)通過 同步帶帶動螺母旋轉(zhuǎn)，調(diào)整螺桿的高度，進(jìn)而對滑塊的高度進(jìn)行調(diào)整，W適應(yīng)不同板料的厚 度。
[0091 ]在Ξ個加工模式下，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)均能滿載輸出。因而，能夠減小選用 曲軸電機(jī)的規(guī)格，功率損耗小，在相同電機(jī)功率的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的沖裁速度和沖裁 力。
[0092] W上詳細(xì)描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實 施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可W對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn) 行多種等同變換，運(yùn)些等同變換均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括沖裁裝置和増力增速調(diào)整裝置； 沖裁裝置包括能豎向滑移的滑塊； 増力增速調(diào)整裝置包括曲柄連桿機(jī)構(gòu)、擺動架和螺紋副；擺動架設(shè)置在曲柄連桿機(jī)構(gòu) 和螺紋副之間，且擺動架分別與滑塊、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和螺紋副相鉸接； 曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括曲柄和連桿，連桿的一端與曲柄的轉(zhuǎn)動軸相鉸接，連桿的另一端與 擺動架相鉸接； 螺紋副包括螺母、螺桿和螺紋副驅(qū)動部件；螺母的高度位置固定，螺桿與螺母相配合， 螺桿的一端直接或間接與擺動架相鉸接;螺桿能在螺紋副驅(qū)動部件的驅(qū)動下實現(xiàn)高度升降 及鎖定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述螺紋副驅(qū)動部件包 括電機(jī)和由電機(jī)帶動的同步帶，同步帶的一端套裝在螺母的外周。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述螺紋副驅(qū)動部件為 齒輪傳動。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述螺紋副驅(qū)動部件為 氣缸或電動缸與曲柄的組合。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于:擺動架呈L型，擺動架的 尖端拐角朝上，且該尖端拐角與滑塊的頂端相鉸接;擺動架的其中一個自由端與曲柄連桿 機(jī)構(gòu)中的連桿相鉸接;擺動架的另一個自由端與螺紋副相鉸接。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于:擺動架為V型架或三角 形架，該V型架或三角形架上具有三個鉸接點，三個鉸接點分別與連桿、滑塊和螺紋副相鉸 接。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)塔沖床用主傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于:擺動架為直線桿，該直 線桿上設(shè)置有兩個鉸接點，一個鉸接點與滑塊相鉸接，另一個鉸接點分別與連桿和螺紋副 相鉸接。
【文檔編號】B30B1/26GK205615036SQ201620435001
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】徐豐羽, 范保杰
【申請人】南京郵電大學(xué)