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伺服冲床的工作性能及主要指标

发布日期:2018-10-20 发布者:鑫汇机械
冲床是制造业中非常重要的板材冲压工具,广泛地应用于航空航天、汽车、电了产品等的加工。伺服冲床是指伺服电动机直接驱动、输出较大的冲压力和冲压频次、实现板材快速冲压的机床。它摒弃了传统机械式冲床的减速器、飞轮,缩短了传动链,采用节能环保、行程可调的伺服电动机作为驱动,具有高速、高频、高精、行程可调的特点,得到越来越广泛的应用,其市场发展前景远远超出了传统的机械式和液压式冲床。
作为伺服冲床的核心部件,主传动机构承担着实现高速、高频、大冲压力的作用,其构型、尺寸、性能直接影响着冲床的精度、效率、冲压力等主要工作性能,其作用至关重要。一个好的主传动机构能够在很大程度上降低对于电动机转矩的要求,降低电动机成本。
伺服冲床的一个重要特点是以较小的电动机转矩实现较大的公称冲压力,这就要求主传动机构具有较大的机械增益。通过将多个增力机构组合在一起,形成新的机构,可以达到增大机械增益的作用。目前所知的增力机构大致有:滚珠丝杠、曲柄/摇杆滑块机构、双滑块机构、肘杆机构、斜楔机构、杠杆机构等。
通过对伺服冲床主传动机构工作特点及现有主传动机构构型分析发现,目前伺服冲床主传动根据原动件的形式不同,可以分为两大类,一类是曲柄式主传动,即由伺服电动机驱动曲柄,通过增力机构实现冲压运动;一类是螺杆式主传动,即由伺服电动机驱动螺杆,通过增力机构实现冲压运动。根据增力机构的数量及不同组合方式,可以得到增力机构、二级增力机构、三级增力机构等,高于四级的增力机构由于传动链较长,会产生较大的累积误差,导致精度下降,且在高频冲压时会产生较大的振动,故在此不予考虑。通过不同的组合,对曲柄式主传动和螺杆式主传动机构进行构型设计,可得到部分机构。
由于冲床主传动的主要指标是高频和大冲压力,追根溯源,就要求电动机的转矩和角加速度要满足要求,对于螺杆式主传动,还要求丝杠的加速度及其他技术条件在现有丝杠能力范围内。
曲柄式主传动机构的特点为:电动机旋转一周对应一个冲压行程(总行程),所以在要求的频次范围电动机转角一般不会很大,故角加速度一般满足要求,但要求很大的电动机转矩。螺杆式主传动机构的特点为:对应一个冲压总行程,电动机旋转一般大于一圈,机械增益较大,需要的电动机转矩相对较小,但在较高冲压频次要求下,丝杠的转角较大,要求角加速度较大,并且机构会受到丝杠加速度极限(一般小于3g)、临界转速、dn值(转速特征值,d为丝杠公称直径,n为转速;国外有些dn值较大可达150 000)、轴向力等的限制。设计出合适的机构使电动机转矩和加速度(角加速度)协调在合适的范围内,才能有效降低成本。
结论
(1)通过对伺服冲床主传动机构的分析,在已有机构的基础上,对伺服冲床主传动机构的进行了构型设计,分析了两种不同类型主传动机构的特点。
(2)总结了机构优化设计的两种方法及优化流程,提出了基于目标函数法优化主传动机构的目标函数,并将基于螺旋理论的运动/力传递指标和性能图谱法引入到主传动机构尺度综合中;采用目标函数法和性能图谱法对两种机构分别进行了尺度综合,结果验证了两种机构的特点。
(3)该研究对伺服冲床主传动机构的构型设计与尺度综合提供了一种设计思路和方法,具有一定的借鉴及指导意义。
 
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