一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，包括滑塊、曲柄連桿機構、擺動架和凸輪機構；擺動架設置在曲柄連桿機構和凸輪機構之間，且分別與滑塊、曲柄連桿機構和凸輪機構相鉸接。凸輪機構包括凸輪軸、凸輪組、凸輪驅動裝置、頂桿和支撐桿。凸輪組包括凸輪盤和凸輪切換機構，凸輪盤的輪廓線能與頂桿的頂端配合構成凸輪副傳動；頂桿的底端與支撐桿相鉸接，支撐桿的另一端與擺動架相鉸接。采用上述結構后，能實現多種加工模式，能根據板材的厚度及沖裁力的大小進行動態調整。大沖裁力采用低速重載模式，小沖裁力采用高速模式。機構的增力特性與增速特性可控性好，且能夠適用于高速，重載的應用場合。
【專利說明】
一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構
技術領域
[0001]本發明涉及一種數控轉塔沖床，特別是一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構。
【背景技術】
[0002]數控轉塔沖床是金屬板材加工領域的重要裝備，轉塔沖床按照其主傳動機構的動力源類型可以分為機械式、液壓式和全電伺服式三種類型。由于全電伺服式沖床具有速度快、精度高、節能、環保、滑塊運動曲線可控等突出優點，近幾年逐步取代傳統的機械式和液壓式結構，成為行業的主流產品。
[0003]現有全電伺服式數控轉塔沖床技術中按照機構的類型可以分為曲柄滑塊式、肘桿式等多種機構形式。但是這些機構形式分為兩大類:
一、采用單電機驅動的平面連桿機構形式目前已有的單電機驅動的平面連桿機構形式，主要存在如下不足:
1、柔性差:機構的運動學特性與力學特性不可調，即機構的增力特性、增速特性都是固定的，不能根據沖裁的板厚及沖裁力的大小進行動態調整，導致小負荷時沖裁速度不快，慢速沖裁時沖裁力不大。
[0004]2、曲軸的支撐軸承負荷過大，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。
[0005]3、不能實現大行程、恒力加工模式，無法完成拉深等成型加工。
[0006]二、采用雙電機驅動的二自由度平面連桿機構
目前已有的二自由度混合驅動機械式伺服壓力機，基本為高度非線性機構，其增力與增速特性受到多方面因素影響，控制參數提取困難，可控性較差。另外，隨著沖頭沖壓曲線的變化，電機功率的利用率也會發生變化，不能保證電機在各個工況下都處于滿負荷工作，造成功率浪費。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，該數控沖床主傳動機構具有多種加工模式，能根據板材的厚度及沖裁力的大小進行動態調整。大沖裁力采用低速重載模式，小沖裁力采用高速模式。機構的增力特性與增速特性可控性好，且能夠適用于高速，重載的應用場合。
[0008]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，包括沖裁裝置和増力增速調整裝置。
[0009]沖裁裝置包括能豎向滑移的滑塊。
[0010]増力增速調整裝置包括曲柄連桿機構、擺動架和凸輪機構;擺動架設置在曲柄連桿機構和凸輪機構之間，且擺動架分別與滑塊、曲柄連桿機構和凸輪機構相鉸接。
[0011]曲柄連桿機構包括曲柄和連桿，連桿的一端與曲柄的轉動軸相鉸接，連桿的另一端與擺動架相鉸接。
[0012]凸輪機構包括凸輪軸、凸輪組、凸輪驅動裝置、頂桿和支撐桿。
[0013]凸輪軸能在凸輪驅動裝置的驅動作用下，進行轉動。
[0014]凸輪盤的輪廓線能與頂桿的頂端配合構成凸輪副傳動。
[0015]頂桿的底端與支撐桿相鉸接，支撐桿的另一端與擺動架相鉸接。
[0016]凸輪機構還包括凸輪切換機構；凸輪組包括至少兩個凸輪盤，凸輪盤之間均為剛性連接；凸輪組同軸套裝在凸輪軸上；凸輪組能在凸輪切換機構的作用下，沿著凸輪軸的軸向進行滑移并鎖定；當凸輪組與凸輪軸相鎖定時，凸輪組能隨著凸輪軸同步轉動。
[0017]相鄰兩個凸輪盤之間設置有撥動間隙；凸輪切換機構包括絲杠、切換電機和撥叉；切換電機能驅動絲杠轉動，撥叉的一端與絲杠螺紋連接，撥叉的另一端伸入任一個撥動間隙內。
[0018]凸輪切換機構還包括與凸輪軸相平行設置的導桿，該導桿與撥叉滑動連接。
[0019]凸輪盤的外周面上設置有四個卡槽，每個卡槽均能與頂桿的頂端相卡合，卡槽間采用曲線過度，相鄰兩個卡槽所呈的徑向夾角為90°;四個卡槽對應四個加工模式。
[0020]當頂桿與位于頂桿正上方凸輪盤中的一個卡槽相卡合，能夠實現頂桿高度的調整，進而當沖頭接觸板材時，能實現曲柄與連桿間夾角的調整，即不同増力特性和不同增速特性的調整，同時適應不同沖裁板厚的變化。
[0021 ]當沖頭接觸板材時，曲柄與連桿之間所呈的銳形夾角越大，増力越小，增速越大，當曲柄與連桿相垂直時，增速最大，沖裁速度最快；曲柄與連桿之間所呈的銳形夾角越小，増力越大，增速越小。
[0022]凸輪盤的輪廓線為樣條曲線，樣條曲線由6個插值點擬合而成，每個插值點間的徑向增量相同，壓力角相同。
[0023]當凸輪盤勻速轉動時，頂桿能勻速運動，實現大行程恒力加工模式。
凸輪驅動裝置包括凸輪軸驅動電機、同步帶輪和同步帶；凸輪軸驅動電機通過同步帶輪和同步帶與凸輪軸相連接。
[0024]本發明采用上述結構后，具有如下有益效果:
1、柔性加工:機構的運動學特性與力學特性可調，能根據板材的厚度及沖裁力的大小進行動態調整。大沖裁力采用低速重載模式，小沖裁力采用高速模式。在相同電機功率的情況下，能夠實現更高的沖裁速度和沖裁力。
[0025]2、沖裁力由曲軸的支撐軸承和凸輪盤的支撐軸承共同承受，支撐軸承的載荷明顯減小，能夠提高支撐軸承的使用壽命。
[0026]3、具有恒力輸出模式，適合成型加工模式。
[0027]4、曲柄連桿機構與凸輪機構同時動作，能合成復雜多樣的滑塊運動特性曲線，極大擴展了加工柔性。
[0028]5、凸輪組中設置有多個凸輪盤，每個凸輪盤均能設置呈不同的輪廓曲線，機構的增力特性與增速特性易于控制，還能對凸輪盤進行切換，能夠拓展出更多種類的加工模式。
【附圖說明】
[0029]圖1顯示了本發明一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構的結構示意圖。
[0030]圖2顯示了本發明一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構的原理示意圖。
[0031]圖3顯示了本發明一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構的側面局部視圖。
[0032]圖4顯示了本發明一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構的正面局部視圖。
[0033]圖5顯示了本發明中凸輪切換機構的結構示意圖。
[0034]圖6顯示了本發明中凸輪盤第一種實施例的結構示意圖。
[0035]圖7顯示了本發明中凸輪盤第二種實施例的結構示意圖。
[0036]圖8顯示了圖7中凸輪盤輪廓曲線的分析視圖。
[0037]圖9顯示了含有擺動架第二種實施例的原理示意圖。
[0038]圖10顯示了含有擺動架第三種實施例的原理示意圖。
[0039]圖11顯示了全行程沖裁模式下曲柄連桿機構位于下極限位置時的原理示意圖。
[0040]圖12顯示了全行程沖裁模式下曲柄連桿機構位于上極限位置時的原理示意圖。
[0041]圖13顯示了板厚為tl時的高速沖裁模式。
[0042]圖14顯示了板厚為tl時的重載沖裁模式。
[0043]圖15顯示了凸輪盤采用第二種實施例時的大行程恒力加工模式。
[0044]其中有:1.機架;21.滑塊;31.曲柄;311.曲柄驅動電機;32.連桿;4.擺動架;51.凸輪軸；52.凸輪組;521.凸輪盤;522.卡槽;523.撥動間隙；53.凸輪驅動裝置;531.凸輪軸驅動電機；532.同步帶輪；533.同步帶；54.凸輪切換機構；541.切換電機;542.導桿；543.絲杠;544.撥叉;55.頂桿;56.支撐桿。
【具體實施方式】
[0045]下面結合附圖和具體較佳實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
[0046]如圖1、圖2和圖3所示，一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，包括機架1、沖裁裝置和増力增速調整裝置。
[0047]沖裁裝置包括能豎向滑移的滑塊21。
[0048]機架上設置有滑塊導向部，滑塊能沿著滑塊導向部進行上下滑移。
[0049 ]増力增速調整裝置包括曲柄連桿機構、擺動架4和凸輪機構。
[0050]擺動架設置在曲柄連桿機構和凸輪機構之間，且擺動架分別與滑塊、曲柄連桿機構和凸輪機構相鉸接。
[0051]擺動架的結構形式可以多樣，優選具有如下優選實施例:
第一種實施例
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，且該尖端拐角與滑塊的頂端相鉸接。L型擺動架的其中一個自由端與曲柄連桿機構中的連桿相鉸接;L型擺動架的另一個自由端與凸輪機構中的支撐桿相鉸接。
[0052]第二種實施例
如圖9所示，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交接點，三個鉸接點分別與連桿、支撐桿和滑塊相鉸接。
[0053]第三種實施例
如圖10所示，擺動架為直線桿，該直線桿上設置有兩個鉸接點，一個鉸接點與滑塊相鉸接;另一個鉸接點分別與連桿和凸輪機構中的支撐桿相鉸接。
[0054]曲柄連桿機構包括曲柄31和連桿32。曲柄優選由曲柄驅動電機所驅動;連桿的一端與曲柄的轉動軸相鉸接，連桿的另一端與擺動架相鉸接；曲柄與連桿之間的角度能夠調整。
[0055]凸輪機構包括凸輪軸51、凸輪組52、凸輪驅動裝置53、凸輪切換機構54、頂桿55和支撐桿56。
[0056]凸輪軸能在凸輪驅動裝置的驅動作用下，進行轉動。
[0057]如圖3所示，凸輪驅動裝置53優選包括凸輪軸驅動電機531、同步帶輪532和同步帶533。凸輪軸驅動電機通過同步帶輪和同步帶與凸輪軸相連接。
[0058]凸輪組的結構具有如下兩種優選實施例。
[0059]實施例1
凸輪組包括一個凸輪盤521。
[0060]實施例2
如圖4所示，凸輪組包括至少兩個凸輪盤，凸輪盤之間均為剛性連接；凸輪組同軸套裝在凸輪軸上；凸輪組能在凸輪切換機構的作用下，沿著凸輪軸的軸向進行滑移并鎖定；當凸輪組與凸輪軸相鎖定時，凸輪組能隨著凸輪軸同步轉動。
[0061 ]相鄰兩個凸輪盤之間設置有撥動間隙523。
[0062]如圖5所示，上述凸輪切換機構54包括絲杠543、切換電機541、導桿542和撥叉544。
[0063]上述導桿，優選由兩根，分別平行設置在凸輪軸的兩側，每根導桿均與撥叉滑動連接。其中切換電機與絲杠一端固定聯接，切換電機轉動帶動絲杠旋轉。絲杠兩端與機架鉸接。兩根導桿與機架固定聯接。撥叉通過上下兩個孔與導桿活動聯接，通過中間螺紋孔與絲杠配合形成螺紋副傳動，絲杠的旋轉可以實現撥叉的移動。撥叉的另一端卡在凸輪組的兩個凸輪盤間的撥動間隙內，撥叉左右移動能夠實現對凸輪盤的切換，即實現不同凸輪盤與頂桿間的配合形成凸輪副傳動。
[0064]當凸輪盤包括兩個或兩個以上時，通過凸輪切換機構的作用，能使每個凸輪盤均滑移并鎖定在頂桿的正上方。
[0065]上述凸輪盤的輪廓線能與頂桿的頂端配合構成凸輪副傳動。對于一個凸輪盤，可以采用一條輪廓線實現多個加工模式，也可以采用不同輪廓線實現不同加工模式。
[0066]上述凸輪盤的輪廓線優選具有如下兩種優選實施例。
[0067]輪廓線實施例1
凸輪盤的外周面上設置的輪廓線如圖6所示，包括若干個卡槽522，優選為4個，每個卡槽均能與頂桿的頂端相卡合，頂桿的底端與擺動架相鉸接。
[0068]卡槽間采用曲線過度;相鄰兩個卡槽所呈的徑向夾角為90°;四個卡槽對應四個加工模式。
[0069]圖6中，在距離中心不同距離Ri，不同角度位置處設置卡槽，每個卡槽間采用曲線過度。每一個卡槽對應一個加工模式，如AO為全行程加工模式，Al為某板厚的快速沖裁模式，A2為某板厚的重載沖裁模式。
[0070]當頂桿與位于頂桿正上方凸輪盤中的一個卡槽相卡合，能夠實現頂桿高度的調整，進而當沖頭接觸板材時，能實現曲柄與連桿間夾角的調整，即不同増力特性和不同增速特性的調整，同時適應不同沖裁板厚的變化。[0071 ]當沖頭接觸板材時，曲柄與連桿之間所呈的銳形夾角越大，増力越小，增速越大，當曲柄與連桿相垂直時，增速最大，沖裁速度最快；曲柄與連桿之間所呈的銳形夾角越小，増力越大，增速越小。
[0072]如圖6和圖11所示，凸輪盤的AO位置與頂桿上端卡合，當曲柄與連桿共線不重合時，為下極限位置，如圖11所示;當曲柄與連桿共線重合時，為上極限位置，如圖12所示。
[0073]沖裁力通常為瞬間的沖擊載荷，即一般沖頭進入板材的1/3?1/2沖裁力消失，所以，機構的增力特性與增速特性僅考慮沖頭接觸板材時的曲柄與連桿的角度即可。
[0074]與傳統的壓力機不同，電沖頭加工時，在伺服電機的驅動下曲柄僅僅在小角度內擺動(相對應的沖頭僅在小范圍內往復運動)，以達到快速加工的目的，同時沖頭(安裝在滑塊下端)的位置是可控的；而傳統壓力機，在交流異步電機的驅動下曲柄作連續的完整的圓周運動，加工效率低，能耗高，沖頭的位置不可控。
[0075]通過凸輪盤不同角度和頂桿高度的調整，對沖頭接觸板材時曲柄和連桿間的角度進行調整，以獲得不同的增速和增力特性。
[0076]當沖頭接觸板材時，曲軸與連桿間的夾角決定了機構的增力、增速特性。也即當沖頭接觸板材時，曲柄與連桿之間所呈的銳形夾角越大，増力越小，增速越大，當曲柄與連桿相垂直時，增速最大，沖裁速度最快；曲柄與連桿之間所呈的銳形夾角越小，増力越大，增速越小。
輪廓線實施例2
凸輪盤的外周面上設置的輪廓線如圖7和圖8所示，為樣條曲線，樣條曲線由6個插值點擬合而成，相鄰兩個插值點間隔的角度為60°。每個插值點間的徑向增量(d)相同，壓力角(Θ)相同。
每個插值點對應一個加工模式;六個插值點對應六個加工模式。
[0077]即當凸輪盤勻速轉動時，頂桿能勻速運動，實現大行程恒力加工模式。
[0078]加工模式主要為如下三種:
一、柔性加工模式
曲柄連桿機構和凸輪機構同時動作，兩個動作合成一個復雜的滑塊運動曲線，具有很高的加工柔性，滑塊的運動曲線可根據具體零件的加工需求而改變。
[0079]二、快速或重載加工模式
凸輪機構調整到特定位置后，鎖定，曲柄連桿運動，完成特定板厚的快速、重載加工模式。如凸輪盤采用實施例1中的輪廓曲線時，頂桿卡在某個卡槽內。
[0080]三、大行程恒力加工模式
曲柄連桿機構在特定位置(也即當曲柄連桿位于同一直線位置)鎖定，凸輪機構運動，實現大行程恒力加工模式。如凸輪盤采用實施例2中的輪廓曲線。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，其特征在于:包括沖裁裝置和増力增速調整裝置； 沖裁裝置包括能豎向滑移的滑塊； 増力增速調整裝置包括曲柄連桿機構、擺動架和凸輪機構;擺動架設置在曲柄連桿機構和凸輪機構之間，且擺動架分別與滑塊、曲柄連桿機構和凸輪機構相鉸接； 曲柄連桿機構包括曲柄和連桿，連桿的一端與曲柄的轉動軸相鉸接，連桿的另一端與擺動架相鉸接； 凸輪機構包括凸輪軸、凸輪組、凸輪驅動裝置、頂桿和支撐桿； 凸輪軸能在凸輪驅動裝置的驅動作用下，進行轉動； 凸輪組包含至少一個凸輪盤，凸輪盤的輪廓線能與頂桿的頂端配合構成凸輪副傳動； 頂桿的底端與支撐桿相鉸接，支撐桿的另一端與擺動架相鉸接。2.根據權利要求1所述的具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，其特征在于:凸輪機構還包括凸輪切換機構；凸輪組包括至少兩個凸輪盤，凸輪盤之間均為剛性連接；凸輪組同軸套裝在凸輪軸上；凸輪組能在凸輪切換機構的作用下，沿著凸輪軸的軸向進行滑移并鎖定；當凸輪組與凸輪軸相鎖定時，凸輪組能隨著凸輪軸同步轉動。3.根據權利要求2所述的具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，其特征在于:相鄰兩個凸輪盤之間設置有撥動間隙；凸輪切換機構包括絲杠、切換電機和撥叉;切換電機能驅動絲杠轉動，撥叉的一端與絲杠螺紋連接，撥叉的另一端伸入任一個撥動間隙內。4.根據權利要求3所述的具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，其特征在于:凸輪切換機構還包括與凸輪軸相平行設置的導桿，該導桿與撥叉滑動連接。5.根據權利要求1所述的具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，其特征在于:凸輪盤的外周面上設置有四個卡槽，每個卡槽均能與頂桿的頂端相卡合，卡槽間采用曲線過度，相鄰兩個卡槽所呈的徑向夾角為90° ;四個卡槽對應四個加工模式。6.根據權利要求5所述的具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，其特征在于:當頂桿與位于頂桿正上方凸輪盤中的一個卡槽相卡合，能夠實現頂桿高度的調整，進而當沖頭接觸板材時，能實現曲柄與連桿間夾角的調整，即不同増力特性和不同增速特性的調整，同時適應不同沖裁板厚的變化。7.根據權利要求6所述的具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，其特征在于:當沖頭接觸板材時，曲柄與連桿之間所呈的銳形夾角越大，増力越小，增速越大，當曲柄與連桿相垂直時，增速最大，沖裁速度最快；曲柄與連桿之間所呈的銳形夾角越小，増力越大，增速越小。8.根據權利要求1所述的具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，其特征在于:凸輪盤的輪廓線為樣條曲線，樣條曲線由6個插值點擬合而成，每個插值點間的徑向增量相同，壓力角相同。9.根據權利要求8所述的具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，其特征在于:當凸輪盤勻速轉動時，頂桿能勻速運動，實現大行程恒力加工模式。10.根據權利要求1所述的具有多加工模式的數控沖床主傳動機構，其特征在于:凸輪驅動裝置包括凸輪軸驅動電機、同步帶輪和同步帶；凸輪軸驅動電機通過同步帶輪和同步帶與凸輪軸相連接。
【文檔編號】B21D28/02GK105880349SQ201610321467
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月13日
【發明人】徐豐羽, 蔣國平
【申請人】南京郵電大學