一种双伺服驱动四点式多连杆压力机的制作方法

本发明属于锻压机械技术领域，具体涉及一种双伺服驱动四点式多连杆压力机。

背景技术：

虽然中国科学技术能力、自主研究能力的呈现出不断提升，不断向前发展的情景。但是我国的机械制行业仍然需要有新的活力注入其中，而这个活力对于大、中型机械设备而言最为突出的便是多连杆机械传动系统的创新，机械压力机因其具有独特的功能，所以在国家工程领域被广泛的采用，在压力机这一机床大类中多连杆机械压力机由众多不同种类的部件组成，每个部件都具备各自独特的特点、要求、功能以及分析优化方法，而且在工作方面上具有诸多优点，而杆件的多少以及组成方式都对整体性能和效率以及后期的分析和控制上具有决定性的影响。

从六十年代至今，六杆、八杆、十杆等不同杆系的多连杆机械压力机被国内外的研究者相继研发出来，其种类又可按照单动，双动、单点，双点，四点来区分，不同种类具的连杆机构有着不同的特点和局限。

针对传统机械式压力机功率小、效率低、精度差、应用范围小等问题以及伺服电机无法满足大转矩需求等技术颈瓶，目前，国内外广泛应用以下两种大型重载伺服压力机设计方式来予以解决：

1、采用多台伺服电机并行驱动多连杆机构的设计方案，其方案应用的企业代表为日企小松和网野。

2、采用多台伺服电机并行驱动曲柄连杆机构的设计方案，其方案应用的企业代表为日企会田和德企舒勒。

其中，方案一中的多连杆机构具有较高的机械增益，能降低伺服电机的功率，适用于大行程、大功率；方案二中的曲柄连杆机构结构简单有利于提高伺服控制性能，但是其机械增益低，同等吨位下较多连杆机构而言所需功率大。

无论是何种结构形式的大型重载伺服压力机均存在以下三种最为常见的并且难以解决的技术问题：

1、大型机床中伺服电机难以满足大功率、大转矩的需求；

2、存在伺服电机的同步控制误差；

3、减速系统中啮合齿轮的侧隙会导致伺服电机输入端之间存在相位差，使同步伺服电机产生运动干涉、功率损耗等问题，进而降低了伺服压力机有效输出能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种双伺服驱动四点式多连杆压力机，解决现有技术存在的伺服电机难以满足大功率大转矩的需求、伺服电机存在同步控制误差以及减速系统中啮合齿轮的侧隙会降低了伺服压力机有效输出能力的问题。

为实现上述目的，本发明的一种双伺服驱动四点式多连杆压力机包括：

机身，所述机身包括底座、固定在底座上表面的工作台、支撑在所述底座上表面的支架、固定在所述支架上端的传动箱体以及设置在所述传动箱体上端的机盖；

位于机身内部相对支架上下滑动的下行滑块；

固定在所述机盖上端的行星齿轮减速装置；

和行星齿轮减速装置连接的辅助减速单元；

和所述辅助减速单元连接的动力输入单元，所述动力输入单元为双对称式输入结构；

和所述动力输入单元连接的前后对称设置的两个浮动导程滑块，所述浮动导程滑块侧壁上部和所述动力输入单元连接；

以及双对称式肘衬机构，所述双对称式肘衬机构动力输入端和所述浮动导程滑块侧壁下部连接，动力输出端和所述下行滑块连接，带动所述下行滑块相对工作台相对运动或相反运动。

所述压力机还包括两个缓冲保压单元，所述下行滑块通过两端通过两个缓冲保压单元相对所述支架上下滑动；每个所述缓冲保压单元包括：

导程连杆，所述导程连杆两端和相对的两个支架的侧壁滑配合，所述下行滑块端部的连接耳套在所述导程连杆上；

固定在所述工作台上的液压缸，所述液压缸输出端和所述导程连杆固定连接；

以及固定在所述双对称式肘衬机构上的应变片，所述应变片和所述液压缸电连接，根据应变片检测的双对称肘衬机构受拉力情况，控制液压缸的活塞杆伸出，直到拉力为零。

所述应变片包括四组八片。

所述行星齿轮减速装置包括两个，每个行星齿轮减速装置为包括行星齿轮和伺服电机的一体式结构；所述辅助减速单元包括设置在传动箱内对称设置的两组，每组辅助减速单元包括：

齿轮轴，所述齿轮轴通过齿轮传动和一个所述行星齿轮减速装置连接；

两个对称设置的滚珠丝杠，两个所述滚珠丝杠通过齿轮传动和所述齿轮轴配合实现同步运动；

以及和两个滚珠丝杠螺纹连接的丝杠滑块。

所述动力输入单元包括包前后对称左右对称的括四组，每组包括：

上杆一，所述上杆一的一端通过滑块销轴和位于同一竖直面同一侧的一个所述丝杠滑块铰接；

一端和所述上杆一另一端铰接的上杆二，所述上杆二中间位置通过长销一和所述传动箱体铰接；

一端和所述上杆二另一端铰接的上杆三，所述上杆三另一端和位于同一竖直面上的所述浮动导程滑块铰接；

每一组的丝杠滑块、丄杆一、上杆二、上杆三、可浮动导程滑块和传动箱体下底板构成反对称式双曲柄机构；四组所述动力输入单元和两个浮动导程滑块构成的整体前后对称、左右对称。

所述双对称式肘衬机构包括四组输出机构，每组输出机构包括：

下杆一，所述下杆一的一端和位于同一竖直面上的浮动导程滑块铰接；

一端和所述下杆一的另一端铰接的下杆三，所述下杆三的另一端和通过长销二和所述下行滑块铰接，所述下杆三上固定有一组两个应变片；

以及下杆二，所述下杆二一端和所述传动箱体的下底板铰接，另一端与下杆一和下杆三铰接处铰接。

本发明的有益效果为：本发明提供中间齿轮同步机械结构，从结构上起到了对低速轴上的左右主齿轮相位同步的强制作用，有效的消除了对伺服电机运动干涉和功率损耗程度影响最大的小齿轮和中间齿轮的啮合间隙，进而有效的解决了同步伺服电机间运动干涉、功率损耗等问题。

同时本发明提供双自由度并联结构，有效的解决了单自由度机构伺服压力机存在的运动和功率损耗的问题。本压力机应用的是双伺服电机并联驱动的方式，有效的解决同步伺服电机与动干涉和功率损耗等问题。

本发明提供的杆系机构的上半部采用反对称式双曲柄滑块机构，下半部采用双对称式肘衬机构，上下连接处为浮动导程滑块，提高了传动系统的结构刚度和稳定性，提高了压力机的机械寿命和压力机执行件功率、转矩输出的稳定性，并且具有较好的控制性能。在本发明中，反对称式双曲柄滑块机构与双对称式肘衬机构相比传统压力机机构而言具有高效的机械增益，且具有良好的刚度和稳定性。在伺服压力机重要参数相同的情况下本文所设计的机构所需的驱动转矩较曲柄连杆机构、六连杆机构、八连杆机构而言为最小。高效地降低了驱动电机功率，进而很好的解决了在大型机床中伺服电机难以满足大功率、大转矩的需求的技术难题。

本发明提供的对称式差动连接的缓冲保压单元，液压缸配合上四组八片应变片能很好的、快速的、稳定的起到缓压和保压的作用，能够有效地保证压力机在做拉伸或单行程冲压实验时候的压力稳定，保证实验的有效性，能够有效地较少或消除因压力机停止工作时传动机构带给滚珠丝杠侧壁的压力，保证滚珠丝杆的使用寿命，保持压力机的高精度。

同时本发明提供的机构具有高效的承载能力，便于维修、便于制造与维护、能有效的提高机械机构的寿命、能有效降低伺服电机的驱动功率、能改善同步伺服电机的控制精度进而提高机床的工作精度，其适应于大型、重载、大行程、超精密的机械设备中。

附图说明

图1为本发明的一种双伺服驱动四点式多连杆压力机整体结构示意图；

图2为本发明的一种双伺服驱动四点式多连杆压力机结构主视图；

图3为本发明的一种双伺服驱动四点式多连杆压力机结构左视图；

图4为本发明的一种双伺服驱动四点式多连杆压力机主视剖视图；

图5为本发明的一种双伺服驱动四点式多连杆压力机中液压控制系统；

其中：1、机身，101、底座，102、工作台，103、支架，104、传动箱体，105、机盖，2、下行滑块，3、行星齿轮减速装置，4、辅助减速单元，401、齿轮轴，402、滚珠丝杠，403、丝杠滑块，404、轴环，5、动力输入单元，501、上杆一，502、上杆二，503、上杆三，504、长销一，505、滑块销轴，506、滑块衬套，6、浮动导程滑块，7、双对称式肘衬机构，701、下杆一，702、下杆二，703、下杆三，704、长销二，8、缓冲保压单元，801、导程连杆，802、液压缸，803、应变片，804、电磁液压阀一，805、电磁液压阀二，806、蓄能器，807、压力继电器，808、溢流阀，809、单向阀，810、液压泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1-附图4，本发明的一种双伺服驱动四点式多连杆压力机包括：

机身1，所述机身1包括底座101、固定在底座101上表面的工作台102、支撑在所述底座101上表面的支架103、固定在所述支架103上端的传动箱体104以及设置在所述传动箱体104上端的机盖105；

位于机身1内部相对支架103上下滑动的下行滑块2；

固定在所述机盖105上端的行星齿轮减速装置3；

和行星齿轮减速装置3连接的辅助减速单元4；

和所述辅助减速单元4连接的动力输入单元5，所述动力输入单元5为双对称式输入结构；

和所述动力输入单元5连接的前后对称设置的两个浮动导程滑块6，所述浮动导程滑块6侧壁上部和所述动力输入单元5连接；

以及双对称式肘衬机构7，所述双对称式肘衬机构7动力输入端和所述浮动导程滑块6侧壁下部连接，动力输出端和所述下行滑块2连接，带动所述下行滑块2相对工作台102相对运动或相反运动。

所述压力机还包括两个缓冲保压单元8，所述下行滑块2通过两端通过两个缓冲保压单元8相对所述支架103上下滑动；每个所述缓冲保压单元8包括：

导程连杆801，所述导程连杆801两端和相对的两个支架103的侧壁滑配合，所述下行滑块2端部的连接耳套在所述导程连杆801上；

固定在所述工作台102上的液压缸802，所述液压缸802输出端和所述导程连杆801固定连接；

以及固定在所述双对称式肘衬机构7上的应变片803，所述应变片803和所述液压缸802电连接，根据应变片803检测的双对称肘衬机构受拉力情况，控制液压缸802的活塞杆伸出，直到拉力为零。

两个所述的缓冲保压单元由对称式差动连接的液压缸802配合上安装在双对称式肘衬机构7上的四组八片应变片803组成，液压缸802的控制输入信号为应变片提供的信号，既液压系统的动力源、蓄能器以及液压回路中各个电磁阀体受应变片提供的信号所调控，能够有效地保证压力机在做拉伸或单行程冲压实验时候的压力稳定，保证实验的有效性，保证滚珠丝杆的使用寿命，保持压力机的高精度。

所述应变片803包括四组八片。

所述行星齿轮减速装置3包括两个，每个行星齿轮减速装置3为包括行星齿轮和伺服电机的一体式结构，其中行星齿轮为三级减速箱；所述辅助减速单元4包括设置在传动箱内对称设置的两组，每组辅助减速单元4包括：

齿轮轴401，所述齿轮轴401为阶梯轴，相对较细的轴段上设置有轴上输入齿轮，并通过轴环404轴向固定，轴上输入齿轮和行星齿轮减速装置3中的动力输出齿轮啮合；

两个对称设置的滚珠丝杠402，每个滚珠丝杠402上设置有丝杠输入齿轮，两个丝杠输入齿轮和固定在齿轮轴401上的轴上输出齿轮啮合，实现两个滚珠丝杠402同步运动；

以及和两个滚珠丝杠402螺纹连接的丝杠滑块403。

动力源为行星齿轮减速装置3，较其他齿轮减速装置行星齿轮可选用小的模数；参与啮合的齿数多进而运动平稳、工作可靠、寿命延长、便于维护；能够满足较大传动比的传动，且能够传递较高的转矩，适合于大型重载机床中。所述的行星齿轮减速装置3为行星齿轮与伺服电机制成一体，该减速机既能有效的消除啮合侧隙又能克服惯性力，使得控制精度和工作效率有显著的提升。

辅助减速装置为对称式二级齿轮减速箱，其主要作用为通过机械强制的方法以及减少伺服电动机的个数来提高伺服电动机的控制精度，进而实现超精密加工。其中动力源即行星齿轮减速装置3与辅助减速装置相连，经过滚珠丝杠402将动力传递给动力输入连杆机构，在经过导程滑块的进一步传递，将动力传递给输出运动链，最终带动下行滑块2运动，实现冲压。

所述动力输入单元5包括包前后对称左右对称的括四组，每组包括：

上杆一501，所述上杆一501的一端通过滑块销轴505和位于同一竖直面同一侧的一个所述丝杠滑块403铰接，连接处设置有滑块衬套506；

一端和所述上杆一501另一端铰接的上杆二502，所述上杆二502中间位置通过长销一504和所述传动箱体104铰接；

一端和所述上杆二502另一端铰接的上杆三503，所述上杆三503另一端和位于同一竖直面上的所述浮动导程滑块6铰接；

四组所述动力输入单元5和两个浮动导程滑块6构成的整体前后对称、左右对称；每一组的丝杠滑块403、上杆一501、上杆二502、上杆三503、可浮动导程滑块6和传动箱体104下底板构成反对称式双曲柄机构；左曲柄滑块与滚珠丝杠402相铰接，接受动力的输入，右曲柄滑块与可浮动导程滑块6相铰接，将动力传递下去。所述的可浮动导程滑块6，是利用机构的协调性解决由误差引起的机构间的干涉问题。上杆一501、上杆二502和上杆三503均为复式结构，即，上杆一501、上杆二502和上杆三503均包括两个相对设置的杆件。

动力的输入方向和顺序为：丝杠滑块403、上杆一501、上杆二502、上杆三503、和浮动导程滑块6。

所述双对称式肘衬机构7包括四组输出机构，每组输出机构包括：

下杆一701，所述下杆一701的一端和位于同一竖直面上的浮动导程滑块6铰接；

一端和所述下杆一701的另一端铰接的下杆三703，所述下杆三703的另一端和通过长销二704和所述下行滑块2铰接，所述下杆三703上固定有一组两个应变片803；

以及下杆二702，所述下杆二702一端和所述传动箱体104的下底板铰接，另一端与下杆一701和下杆三703铰接处铰接。

所述的双对称式肘衬机构中下杆三703与下行滑块相铰接，下杆一701与浮动导程滑块6相铰接，其中下杆一701、下杆二702和下杆三703均为复式结构，增加了机构的承载能力，同时可以使下行滑块2得速度变缓、加速度基本保持不变、使冲压更为平稳。

动力的输出方向和顺序为：浮动导程滑块6、下杆一701、下杆二702、下杆三703、下行滑块2。

参见附图5，本发明中的对称式缓冲保压单元由对称式差动连接的液压缸802组成，配合上安装在传动杆件上的四组八片应变片803，液压缸802的控制输入信号为应变片803提供的信号，既液压系统的动力源、蓄能器806以及液压回路中各个电磁阀体受应变片803提供的信号所调控，能够有效地保证压力机在做拉伸或单行程冲压实验时候的压力稳定，保证实验的有效性，保证滚珠丝杆的使用寿命，保持压力机的高精度。

液压回路包括差动连接的液压缸802、电磁液压阀一804、电磁液压阀二805、蓄能器806、压力继电器807、溢流阀808、单向阀808、液压泵810与液压管路。

液压回路工作原理：此液压回路在未接受来自应变片803提供的信号时电磁液压阀一804断电、电磁液压阀二805通电、溢流阀808处于闭合状态。压力机停止工作时电磁液压阀一804接受来自应变片803提供的信号通电吸合，电磁液压阀二805接受来自应变片803提供的信号断电断开，液压泵810的液压油通过单向阀809流经电磁液压阀一804使差动连接的液压缸802工作，快速达到稳定支撑状态，达到稳定状态后电磁液压阀一804接受来自应变片803提供的信号断电断开，电磁液压阀二805接受来自应变片803提供的信号通电吸合，起到固定支撑的作用，考虑到液压回路的漏油情况，即差动连接的液压缸802提供的液压力不足时，电磁液压阀一804接受来自应变片803提供的信号通电吸合，由蓄能器806进行补油蓄能稳定保压。如果达到压力继电器807的最小值，则报警提醒。电磁液压阀一804和电磁液压阀二805接受来信号断电断开由液压泵810向蓄能器806供油，如果达到压力继电器807的最大值电磁液压阀一804和电磁液压阀二805接受来信号通电吸合。

压力机工作时，在下行滑块2即将达到下死点时可进行缓冲进而达到更好地冲压效果。缓冲过程：当压力达到一定值时电磁液压阀一804接受来自应变片803提供的信号通电吸合，电磁液压阀二805接受来自应变片803提供的信号断电断开，起到缓冲作用，当压力超出液压回路系统压力峰值时，溢流阀808开启，起到保压保护系统回路的作用。