CN101871526A - 自动切换的双通路冲床传动机构 - Google Patents

Abstract

一种自动切换的双通路冲床传动机构，在伺服电机输出轴和曲轴之间设置有固定在箱体上的直路传动机构和旁路传动机构；所述直路传动机构包括减速机，所述减速机通过直路连接轴和直路连接套输出动力给曲轴，在所述直路连接轴和直路连接套上设置有电磁齿形离合器Ⅱ；所述旁路传动机构包括齿轮Ⅱ和齿轮Ⅰ，齿轮Ⅲ和齿轮Ⅳ，所述齿轮Ⅰ和曲轴之间设置有电磁齿形离合器Ⅰ。直通路可以实现快速步冲等大载荷冲压模式下的速度要求，旁通路可以实现高速刻印等小载荷冲压模式下的速度要求，而且满足同等公称压力下的驱动伺服电机的额定功率仅为现有的70％左右，同时具有能源节省约60％、噪音降低10分贝，可以广泛应用在数控冲压设备中。

Description

自动切换的双通路冲床传动机构

技术领域

本发明涉及一种数控转塔冲床，尤其涉及一种自动切换的双通路传动机构以及数控伺服电机作为动力的新型数控转塔冲床主传动系统。

背景技术

数控转塔冲床是金属板材冲压加工的关键设备，作为冲压动力的主传动部件，传统采用曲柄连杆机构的机械式设计(参见图5)。由曲轴24、连杆25、销轴26和滑块23等组成的曲柄连杆机构以及飞轮21，安装于机身22上。离合器与制动器20分别与曲轴24右侧轴端和飞轮21连接，并由主控阀19控制其动作。工作中，主电机通过皮带带动飞轮21旋转，通过离合器与制动器20的结合作用将动力传递给曲轴24，继而使滑块23上下运动；反之，通过离合器与制动器20的制动将动力脱离曲轴24并使其停止。虽然该结构较为简单，制造成本较低，但缺点是摩擦片损耗快，污染性强，性能稳定性差，需要经常调整与维修，而且其工作频率较低，噪音大。针对上述已有技术存在的不足，实用新型“连杆长度可变的曲柄连杆传动机构及冲床主传动系统”(ZL200720027575.8)提供了一种性能稳定，调整与维修简易，而且其工作频率高，噪音小的连杆长度可变的曲柄连杆传动机构及冲床主传动系统。该实用新型提供了一种连杆长度可变的装置，应用于曲柄连杆机构中，并在传统机械式主传动的基础上，将数控伺服电机通过减速机与曲轴相连，省去飞轮及离合器与制动器，成为目前广泛应用的电伺服驱动主传动系统。

上述改进的主传动系统已经应用于数控转塔冲床，虽然通过可变的连杆长度与较小的曲轴偏心距的合理匹配，解决了提供换模与冲压时所需的两种滑块行程以及优化伺服电机额定功率、选择合理额定冲压频率而满足冲压额定扭矩的问题，但是在小步距低负载的刻印冲压时，只能提供额定冲压频率下所达到的最高冲压速度，这种冲压速度远远不能满足小步距低负载的刻印冲压高速性的要求。

发明内容

本发明针对已有技术存在的问题，提供一种结构新颖、性能可靠、调整与维修简便并且可以实现自动切换的双通路传动机构，在沿用连接连杆长度可变的曲柄连杆传动机构的基础上新增了能够自动切换的双通路传动机构，通过两者的结合可以构成既能实现小步距低负载的高速刻印冲压、又能满足低速重载冲压的新型冲床主传动系统。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种自动切换的双通路冲床传动机构，其特征是在伺服电机输出轴和曲轴之间设置有固定在箱体上的直路传动机构和旁路传动机构；

所述直路传动机构包括与伺服电机输出轴连接的减速机，所述减速机通过直路连接轴和直路连接套输出动力给曲轴，在所述直路连接轴和直路连接套上设置有电磁齿形离合器Ⅱ；

所述旁路传动机构包括设置于伺服电机输出轴上的齿轮Ⅱ和设置于曲轴上的齿轮Ⅰ，还设置有齿轮Ⅲ和齿轮Ⅳ，所述齿轮Ⅲ和齿轮Ⅳ通过旁路连接轴固定连接在一起，所述齿轮Ⅲ与齿轮Ⅱ啮合，所述齿轮Ⅰ和齿轮Ⅳ啮合，所述齿轮Ⅰ和曲轴之间设置有电磁齿形离合器Ⅰ。

本方案的具体特点还有，所述电磁齿形离合器Ⅰ的连接板与齿轮Ⅰ通过螺钉连接。

所述电磁齿形离合器Ⅱ的转子与直路连接轴通过键连接，电磁齿形联轴器Ⅱ的连接板与直路连接套固定连接，直路连接套与曲轴固定连接。

所述直路连接套起到支撑作用，直路连接轴通过直路连接轴支撑轴承支撑在直路连接套中，齿轮Ⅰ通过直路连接套支撑轴承Ⅰ支撑在直路连接套上，直路连接套通过直路连接套支撑轴承Ⅱ支撑在箱体中。

所述电磁齿形离合器Ⅰ和电磁齿形离合器Ⅱ互锁是通过互锁控制电路来实现的。通过数控系统控制两个电路的通断来保证两个电磁齿形离合器实时分离与啮合，实现直旁两个通路分别各自工作。

本发明的技术特征是：伺服电机与曲柄连杆机构的连接采用并行直、旁两个通路且能够自动切换的传动形式，即两个通路分别为减速器传动和齿轮或同步带传动，自动切换通过双电磁齿形离合器完成。伺服电机输出轴直连减速机输入端和初级齿轮或初级同步带轮，此时伺服电机输出的动力同时传递到减速机和初级齿轮或者同步带轮上面，通过控制直、旁两个通路分别带动减速机输出轴与末级齿轮或末级同步带轮旋转，两者又分别与曲轴通过各自的电磁齿形离合器与曲轴实现同轴刚性连接或切断游离空转，双电磁齿形离合器相互连锁、自动切换，其过程依据打击速度和冲压力需求由数控系统程序控制，实现高转速或高力矩特性的不同冲压功能。

本发明的具体结构是：双通路传动机构包括直、旁两个通路，直通路主要通过伺服电机—减速机—直路连接轴—电磁齿形离合器Ⅱ—直路连接套—曲轴—曲柄连杆机构的传动路线实现动力的传递；旁通路主要通过伺服电机—齿轮Ⅱ—齿轮Ⅲ—旁路连接轴—齿轮Ⅳ—齿轮Ⅰ—电磁齿形离合器Ⅰ—曲轴—连杆—滑块—打击头实现打击动作；

在主通路中，伺服电机输出轴与减速机输入轴通过轴套联接，减速机输出轴与直路连接轴通过直路连接轴上的花键联接，在直路连接轴的另一端通过直路连接轴支撑轴承支撑在直路连接套中，直路连接轴通过键与电磁齿形离合器Ⅱ的转子相联接，直路连接套与电磁齿形离合器Ⅱ上的连接板用螺钉联接，直路连接套与箱体之间有直路连接套支撑轴承Ⅱ支撑，两者可以实现自由旋转，直路连接套与曲轴也是通过键联接；在旁通路中，伺服电机输出轴通过键与齿轮Ⅱ联接，齿轮Ⅱ与齿轮Ⅲ啮合实现运动传递，齿轮Ⅲ通过键与旁路连接轴联接，旁路连接轴与齿轮Ⅳ也是通过键联接，旁路连接轴通过轴承支撑在箱体上可以实现自由旋转，齿轮Ⅳ与齿轮Ⅰ啮合，齿轮Ⅰ通过螺钉与电磁齿形离合器Ⅰ的连接板联接，齿轮Ⅰ与曲轴之间由直路连接套支撑轴承Ⅰ支撑，电磁齿形离合器Ⅰ的转子与曲轴通过键联接。

直通路工作时，电磁齿形离合器Ⅱ保持啮合而电磁齿形离合器Ⅰ分离，伺服电机通过减速机带动直路连接轴旋转，直路连接轴通过键与齿形电磁联轴器Ⅱ的转子连接，从而带动与之结合的齿形电磁联轴器Ⅱ的连接板及与之通过螺钉连接的直路连接套转动，直路连接套与曲轴通过键连接并驱动曲柄连杆机构运动。与此同时，齿轮Ⅱ在伺服电机的带动下也旋转，齿轮Ⅱ带动齿轮Ⅲ、旁路连接轴、齿轮Ⅳ、齿轮Ⅰ转动，齿轮Ⅰ与电磁齿形离合器Ⅰ的连接板通过螺钉连接，但由于电磁齿形离合器Ⅰ此时处于分离状态，所以不会将动力传至曲轴，旁通路处于空转状态；旁通路工作时，电磁齿形离合器Ⅱ断开而电磁齿形离合器Ⅰ结合，此时直通路中连接轴与直路连接套及曲轴之间无动力传递，而伺服电机带动齿轮Ⅱ运动，齿轮Ⅱ与齿轮Ⅲ啮合，齿轮Ⅲ将运动通过旁路连接轴、齿轮Ⅳ、齿轮Ⅰ传递到电磁齿形离合器Ⅰ的连接板上，由于电磁齿形离合器Ⅰ结合，电磁齿形离合器Ⅰ的转子与齿轮Ⅰ一块运动，带动曲轴运动，曲轴将运动传递到曲柄连杆机构，实现高速打点动作。

一种自动切换的双通路冲床传动机构，其特征是在伺服电机输出轴和曲轴之间设置有固定在箱体上的直通传动机构和旁路传动机构；

所述直通传动机构包括与伺服电机输出轴连接的减速机，所述减速机通过直路连接轴和直路连接套输出动力给曲轴，在所述直路连接轴和直路连接套上设置有电磁齿形离合器Ⅱ；

所述旁路传动机构包括设置于伺服电机输出轴上的同步带轮Ⅱ和设置于旁路连接轴二端的同步带轮Ⅲ和同步带轮Ⅳ，在同步带轮Ⅰ和曲轴之间设置有电磁齿形离合器Ⅰ，所述同步带轮Ⅲ和同步带轮Ⅱ通过同步带传动，所述同步带轮Ⅰ和同步带轮Ⅳ通过同步带传动。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，本发明解决了现有电伺服驱动系统下最高打击速度受额定冲压频率限制的问题，在当前数控转塔冲床需要实现的动作中，高速刻印打击是个很普遍且很实用的要求，但是在伺服电机作为主传动动力的冲床中，低速大力矩冲压与高速刻印打击两种动作在一条传动路线的前提下不能同时共存，为了解决这个问题，提出了两条传动路线的方案，在需要很高的打击速度时，采用新的传动路线，该传动路线与原来的传动路线并存，但是不干涉，可以通过数控系统控制两个电磁齿形离合器对传动线路的实时通断完成自动切换。这样不仅可实现很高的刻印打击速度，而且满足同等公称压力下的驱动伺服电机的额定功率仅为现有采用其他伺服电机驱动系统的70％左右，同时具有能源节省约60％、噪音降低10分贝左右、效率提高、工艺优化、双模式自动切换、打击速度提高、应用范围拓展等优点。将本发明中的主传动系统应用到数控冲床中可以很大提高冲床的工作能力，有很高的实用价值。可以广泛应用在数控冲压设备中。因此本发明与现有技术相比，实现了技术目的。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步详细地描述。

图1为电伺服双传动路线驱动系统的主视图。

图2为连杆长度可变装置的剖面图。

图3为电伺服连杆长度可变驱动系统的主视图。

图4为电伺服连杆长度可变驱动系统的左视图。

图5为原有机械式主传动部件示意图。

图中：1-曲轴，2-平移气缸，3-垫块，4-内连杆，5-销轴，6-下支座，7-升降气缸，8-上支座，9-外连杆，10-中间轴承，11-伺服电机，12-减速机，13-箱体，14-滑块，15-导套，16-左轴承，17-电控阀，18-右轴承，19-主控阀，20-离合器与制动器，21-飞轮，22-机身，23-滑块，24-曲轴，25-连杆，26-销轴，27-直路连接套支撑轴承Ⅰ，28-齿轮Ⅳ，29-电磁齿形离合器Ⅰ，29a-电磁齿形离合器Ⅰ的连接板，29b-电磁齿形离合器Ⅰ的转子，29c-电磁齿形离合器Ⅰ的定子，30-齿轮Ⅰ，31-连接套，32-电磁齿形离合器Ⅱ，32a-电磁齿形离合器Ⅱ的定子，32b-电磁齿形离合器Ⅱ的转子，32c-电磁齿形离合器Ⅱ的连接板，33-直路连接轴，34-箱体，35-减速机，36-齿轮Ⅱ，37-齿轮Ⅲ，38-旁路连接轴，39-直路连接套，40-直路连接轴支撑轴承，41-直路连接套支撑轴承Ⅱ，42-打击头。

具体实施方式

实施例1：以数控伺服电机作为动力的新型双通路数控转塔冲床主传动系统。

如图1所示，双通路传动机构包括直、旁两个通路，直通路主要通过伺服电机11-减速机35-直路连接轴33-电磁齿形离合器Ⅱ32-直路连接套39-曲轴1-连杆-滑块14-打击头42的传动路线实现打击动作；旁通路主要通过伺服电机11-齿轮Ⅱ36-齿轮Ⅲ37-旁路连接轴38-齿轮Ⅳ28-齿轮Ⅰ30-电磁齿形离合器Ⅰ29-曲轴1-连杆-滑块14-打击头42实现打击动作。

在直通路中，伺服电机输出轴与减速机输入轴通过轴套联接，减速机输出轴与直路连接轴33通过直路连接轴33上的花键联接，在直路连接轴33的另一端通过直路连接轴支撑轴承40支撑在直路连接套39中，直路连接轴33通过键与电磁齿形离合器Ⅱ的转子32b相联接，直路连接套39与电磁齿形离合器Ⅱ上的连接板32c用螺钉联接，直路连接套39与箱体34之间有直路连接套支撑轴承Ⅱ41支撑，两者可以实现自由旋转，直路连接套39与曲轴1也是通过键联接；在旁通路中，伺服电机输出轴通过键与齿轮Ⅱ36联接，齿轮Ⅱ36与齿轮Ⅲ37啮合实现运动传递，齿轮Ⅲ37通过键与旁路连接轴38联接，旁路连接轴38与齿轮Ⅳ28也是通过键联接，旁路连接轴38通过轴承支撑在箱体34上可以实现自由旋转，齿轮Ⅳ28与齿轮Ⅰ30啮合，齿轮Ⅰ30通过螺钉与电磁齿形离合器Ⅰ的连接板29a联接，齿轮Ⅰ30与曲轴1之间由直路连接套支撑轴承Ⅰ27支撑，电磁齿形离合器Ⅰ的转子29b与曲轴1通过键联接。

在正常冲压过程中，电磁齿形离合器Ⅱ32保持啮合而电磁齿形离合器Ⅰ29保持分离，这样伺服电机11通过减速机35带动直路连接轴33旋转，减速机35通过连接套31与箱体34固定，直路连接轴33通过键与电磁齿形联轴器Ⅰ的转子29b连接而电磁齿形联轴器Ⅰ的连接板29a与直路连接套39通过螺钉连接，直路连接套39与曲轴1通过键连接，与此同时，齿轮Ⅱ36在伺服电机11的带动下也旋转，齿轮Ⅱ36带动齿轮Ⅲ37、旁路连接轴38、齿轮Ⅳ28、齿轮Ⅰ30运动，齿轮Ⅰ30虽然和电磁齿形离合器Ⅰ的连接板32c通过螺钉连接，但是由于电磁齿形离合器Ⅰ32此时处于断开状态齿形离合器Ⅰ的转子32b保持静止所以运动不会通过旁通路带动曲轴1旋转，这样可以保证主通路工作旁通路空转。

当要实现高速打点时电磁齿形离合器Ⅱ32断开电磁齿形离合器Ⅰ29啮合，此时直通路中直路连接轴33在直路连接轴支撑轴承40的支撑下空转不会带动直路连接套39转动，从而旋转运动不会传递到曲轴1上，由于电磁齿形离合器Ⅰ29啮合，从伺服电机11传递出的动力通过齿轮Ⅱ36-齿轮Ⅲ37-旁路连接轴38-齿轮Ⅳ39-齿轮Ⅰ30带动电磁齿形离合器Ⅰ的连接板29a旋转，电磁齿形离合器Ⅰ29闭合电磁齿形离合器Ⅰ的转子29b与曲轴1通过键连接从而运动会传到曲轴1上，此时旁通路工作直通路断开。

根据要实现的打击动作，通过数控系统控制与电磁齿形离合器配套的专用电源的通断来控制两个电磁齿形离合器的啮合和分开，从而保证了直、旁两个通路的工作或空转。

以数控伺服电机作为动力的新型双通路数控转塔冲床主传动系统采用连杆长度可变的曲柄连杆传动机构：包括曲轴1、连杆，其特征是连杆由嵌在一起可以伸缩的内连杆4和外连杆9组成，内连杆4和外连杆9分别与下支座6和上支座8呈刚性连接，下支座6和上支座8之间由升降气缸7相连；外连杆9上安装了平移气缸2，平移气缸2的活塞杆与内、外连杆中的可以移动的垫块3相连接。

内连杆4嵌入外连杆9中，呈滑动配合连接结构。

下支座6和上支座8分别与内连杆4和外连杆9螺接紧固连接，下支座6和上支座8由分布在内连杆4和外连杆9两侧的对称的部件构成。

升降气缸7由分布在外连杆9两侧的对称的气缸部件构成。每个气缸的活塞杆各连接一个垫块3。

可以移动的垫块3安装在内连杆4和外连杆9连接端面的空腔之中，由两块相同结构的金属块组成。

内连杆端部的销轴5与滑块14相连构成动力输出端。可以与工作机构相连。

图2表示了连杆长度可变装置的主要结构。内连杆4安装配合于外连杆9中，两者可随升降气缸7的动作上下相对运动，三者由上支座8与下支座6连接。平移气缸2的缸体固定在外连杆9两侧，其活塞杆端部连接垫块3。连杆长度即为曲轴1与销轴5的中心距离，图示为连杆缩短状态，改变连杆为伸长状态时，首先控制升降气缸7活塞杆伸出，内连杆4随之下降，其上顶面与外连杆9形成空位，然后平移气缸2将垫块3推入该空位，最后升降气缸7活塞杆缩回，消除垫块3上下表面的间隙。

当动力传递到曲轴1上时，曲轴1通过中间轴承10与外连杆9连接，通过左轴承16与右轴承18安装于箱体13中，三处均采用滚针轴承，能够较大地降低摩擦阻力矩。内连杆4与滑块14通过销轴5连接，滑块14在固定于箱体上的导套15中上下运动。当连杆在伸长状态下，滑块14处于低位，此时模具被预先下压，只需要较小的滑块行程即可进行冲压，这样可以相应降低伺服电机11的额定扭矩，大大降低制造成本。当连杆在缩短状态下，滑块14处于高位，此时模具位于正常的安装位置，便于选模和更换。

实施例2：旁通路以同步带传递动力代替齿轮啮合传递动力的以数控伺服电机作为动力的新型双通路数控转塔冲床主传动系统。

旁通路用同步带传递动力代替齿轮啮合来传递动力，该主传动系统中的直通路、连杆长度可变的曲柄连杆机构与实施例1中结构一样，旁通路传递路线为“伺服电机11-同步带轮Ⅱ-同步带轮Ⅲ-旁路连接轴38-同步带轮Ⅳ-同步带轮Ⅰ-电磁齿形离合器Ⅰ29-曲轴1-连杆—滑块14-打击头42”。

各个同步带轮的连接方式与齿轮的连接方式相同，即伺服电机输出轴通过键与同步带轮Ⅱ联接，同步带轮Ⅱ与同步带轮Ⅲ通过同步带实现运动传递，同步带轮Ⅲ通过键与旁路连接轴38联接，旁路连接轴38与同步带轮Ⅳ也是通过键联接，旁路连接轴38通过轴承支撑在箱体34上可以实现自由旋转，同步带轮Ⅳ与同步带轮Ⅰ通过同步带连接，同步带轮Ⅰ通过螺钉与电磁齿形离合器Ⅰ的连接板29a联接，同步带轮Ⅰ与曲轴1之间由直路连接套支撑轴承Ⅰ27支撑，电磁齿形离合器Ⅰ的转子29b与曲轴1通过键联接。

当要实现高速打点时电磁齿形离合器Ⅱ32断开电磁齿形离合器Ⅰ29啮合，此时直通路中直路连接轴33在直路连接轴支撑轴承40的支撑下空转不会带动直路连接套39转动，从而旋转运动不会传递到曲轴1上，由于电磁齿形离合器Ⅰ29啮合，从伺服电机11传递出的动力通过同步带轮Ⅱ-同步带轮Ⅲ-旁路连接轴38-同步带轮Ⅳ-同步带轮Ⅰ带动电磁齿形离合器Ⅰ的连接板29a旋转，电磁齿形离合器Ⅰ29闭合电磁齿形离合器Ⅰ的转子29b与曲轴1通过键连接从而运动会传到曲轴1上，此时旁通路工作直通路断开。

Claims (6)

1.一种自动切换的双通路冲床传动机构，其特征是在伺服电机输出轴和曲轴之间设置有固定在箱体上的直通传动机构和旁路传动机构；

所述直通传动机构包括与伺服电机输出轴连接的减速机，所述减速机通过直路连接轴和直路连接套输出动力给曲轴，在所述直路连接轴和直路连接套上设置有电磁齿形离合器Ⅱ；

所述旁路传动机构包括设置于伺服电机输出轴上的齿轮Ⅱ和设置于曲轴上的齿轮Ⅰ，还设置有齿轮Ⅲ和齿轮Ⅳ，所述齿轮Ⅲ和齿轮Ⅳ通过旁路连接轴固定连接在一起，所述齿轮Ⅲ与齿轮Ⅱ啮合，所述齿轮Ⅰ和齿轮Ⅳ啮合，所述齿轮Ⅰ和曲轴之间设置有电磁齿形离合器Ⅰ。

2.根据权利要求1所述的自动切换的双通路冲床传动机构，其特征是所述电磁齿形离合器Ⅰ的连接板与齿轮Ⅰ通过螺钉连接。

3.根据权利要求1或2所述的自动切换的双通路冲床传动机构，其特征是所述电磁齿形离合器Ⅱ的转子与直路连接轴通过键连接，电磁齿形联轴器Ⅱ的连接板与直路连接套固定连接，直路连接套与曲轴固定连接。

4.根据权利要求3所述的自动切换的双通路冲床传动机构，其特征是直路连接轴通过直路连接轴支撑轴承支撑在直路连接套中，齿轮Ⅰ通过直路连接套支撑轴承Ⅰ支撑在直路连接套上，直路连接套通过直路连接套支撑轴承Ⅱ支撑在箱体中。

5.根据权利要求1所述的自动切换的双通路冲床传动机构，其特征是所述电磁齿形离合器Ⅰ和电磁齿形离合器Ⅱ互锁。

6.一种自动切换的双通路冲床传动机构，其特征是在伺服电机输出轴和曲轴之间设置有固定在箱体上的直通传动机构和旁路传动机构；

所述直通传动机构包括与伺服电机输出轴连接的减速机，所述减速机通过直路连接轴和直路连接套输出动力给曲轴，在所述直路连接轴和直路连接套上设置有电磁齿形离合器Ⅱ；

所述旁路传动机构包括设置于伺服电机输出轴上的同步带轮Ⅱ和设置于旁路连接轴二端的同步带轮Ⅲ和同步带轮Ⅳ，在同步带轮Ⅰ和曲轴之间设置有电磁齿形离合器Ⅰ，所述同步带轮Ⅲ和同步带轮Ⅱ通过同步带传动，所述同步带轮Ⅰ和同步带轮Ⅳ通过通过同步带传动。

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