专利名称：伺服电动机驱动数控板料折弯机的制作方法
技术领域：
本发明伺服电动机驱动数控板料折弯机属于数字控制的机床领域。
背景技术：
板料折弯机按滑块的驱动方式划分，可分为机械折弯机和液压折弯机。
机械折弯机采用三相异步电动机作为滑块的驱动动力，用离合器进行变速，即按如下工艺要求变速滑块开始先快下，即高速运行，当折弯操作时，滑块慢下，当滑块回程时，则高速运行，这种结构的缺点是灵活性差，难以实现自动化和数字控制操作，从而，难以适应当前的生产要求，近几十年已被淘汰。
液压折弯机是近几十年发展的潮流，滑块作直线运动，油缸布置在两侧墙板上，和数控系统联接比较容易，但当上、下料时，油泵还一直在工作，这样就浪费能源，机床的液压系统暂时可以不会漏油，但从长远来说，机床总是会漏油的。更何况，液压系统工作一定的时间后，还需要进行换油，这样就造成环境污染。
为了克服以上两种机型的缺点，就需要研制节约能源保护环境和具有高效的新的板料折弯机。
发明内容
本发明的目的是提供一种伺服电动机驱动数控板料折弯机，用伺服电动机代替滑块两侧的油缸，其运行特性正好能满足折弯机的工艺要求。
一种伺服电动机驱动数控板料折弯机，它由计算机数控系统、左、右伺服电动机驱动器、左、右电动机、左、右偏码器、左、右光栅尺，以及左、右蜗轮蜗杆传动副、滚珠丝杆螺母、滚珠丝杆、滑块和机架组成；其特征是计算机数控系统通过信号通道连到左、右伺服电动驱动器、左、右电动机；左、右编码器分别直接联接在左、右电动机上；左、右光栅尺分别位于滑块左、右两侧；电动机输出轴联接在蜗杆轴上、蜗杆与蜗轮相耦合；蜗轮与丝杆副滚珠丝杆螺母相联接，滚珠丝杆螺母安装在滚珠丝杆上，丝杆分别固定安装在滑块的左、右长方形孔中。
数控机床按控制方式分可分为开环控制、半闭环控制和闭环控制，现简述如下1、开环控制就是无位置反馈的一种控制方法，多半以步进式电动机为主，数控系统主要以发出脉冲的多少和频率的快慢决定位移量和速度，滑块实际走多少距离，数控系统无法知道，但开环控制系统结构简单，控制方法简便，价格也便宜，一般用于经济型简易数控机床。
2、半闭环控制系统是在伺服电动机上装有角度测量装置(如光电编码器、旋转变压器等)作为简接的位置反馈，工件的尺寸精度是滑块的运动行程来保证的，但半闭环控制系统不是直接测量滑块的位移，而是测量电机的转动角度，根据蜗轮蜗杆的变速比进行计算，计算出它的位置，这种方法显然有局限性。必须要求蜗轮蜗杆加工的精度高，没有间隙，和滑块联接部分也不能有间隙，否则影响定位精度。
3、闭环控制系统是对移动部件滑块进行直接测量，再把实际测出的位置反馈到数控装置中，与输入指令比较是否有差值，然后用这个差值去控制，使得其运动部件按实际需要值去运动，从而实现准确定位，这种方法，其精度要取决于测量装置的精度，而与传动链的精度无关，因此，这种控制精度要比半闭环精度高。
折弯机是一种最广泛使用的弯曲成形加工机械，它使用的模具简单，通用性好，调整和更换模具方便，能进行各种角度的折弯及成形加工，配备特殊模具还可进行冲孔等，生产效率高，在单件和中小批生产时有较好的经济性。
从结构上讲，普通折弯机，滑块一般采用扭轴同步方式，结构较为复杂，且在机器吨位较大长度时，扭轴直径需要很大；数控折弯机滑块多采用双缸驱动结构，大多为电液伺服同步结构，结构简单，易于布置。
对于折弯工件的不同角度、宽度，在折弯机上一般只是控制滑块行程和后挡料位置，以及压力、速度等，这些参数都可以用数控系统参数进行控制，在折弯机上使用简单模具，在一系列连续折弯后，可得到复杂的工件和型材，因此，折弯机的数控化进程在锻压机械中一直处于领先地位。
数控折弯机的优点是1、调整简单操作者只需在操作面板上进行编程，就能完成机器的人工调整工作，降低了对操作人员的技术熟练程度的要求。
2、折弯精度高数控折弯机的各种工艺参数是在进行了大量试验的基础上得出的，对提高精度的措施作了充分的考虑，因而，复杂零件的折弯精度是普通折弯机难以达到的。
3、提高了生产率可以在一次操作中完成所有的折弯，显著地减少了上下料和堆垛时间。
4、减轻了劳动强度消除了工序间半成品的多次搬运，减少了对机床的人工调整。
5、节省了中间堆放场地工件可一次加工结束，减少了半成品的堆放场地。
机械伺服折弯机除了保持以上数控折弯机优点外，还具有以下优点1、节能即滑块运动时电机转动，滑块不运动时，电机停止转动。
2、符合环保要求没有因液压系统的存在而造成给环境带来污染的漏油和换油等问题。
3、运行速度稳定速度产生的差率可以控制在0.1％以内。
4、调速比宽理论上讲，可以实现折弯机任意速度的组合，而不受油缸结构的限制。
5、响应频率快运行平滑，加减速响应快，定位精度高。
伺服电动机驱动数控折弯机的原理如下数控折弯机的数控系统根据板料的长度和厚度、机床外型、模具等数据，自动计算出滑块的行程。在接到滑块向下运行的信号后，数控系统通过±10伏的信号通道向伺服电动机发出运行的指令，模拟量的大小控制伺服电动机运行速度的快慢。速度的稳定性通过速度环控制，其原理是伺服电动机驱动器接收到数控系统的指令后，驱动电动机转动，电动机转动的状态经由与电动机直接联接的编码器转换成方波信号，并反馈给伺服驱动器，与速度指令相比较，用其差值修正电动机的速度，从而稳定电动机的运行速度。
伺服电动机的运转，驱动与之相连的蜗杆，使其转动，蜗杆的转动驱动蜗轮的转动；蜗轮与滚珠丝杆副的螺母固定在一起，且螺母在垂直方向的位置被限制，因而蜗轮的转动被转换成滚珠丝杆上下方向的垂直运动；滚珠丝杆与滑块联成一体，滚珠丝杆的垂直运动就使滑块作垂直运动。滑块向下运动时，通过光栅尺的测量，能准确地知道滑块的当前位置，光栅尺把滑块的当前位置反馈给数控系统，数控系统根据滑块当前的位置，决定滑块运行姿态——快下、慢下、保压、回程和停止等，构成位置环，来满足折弯工艺要求。
伺服电动机驱动的数控折弯机，用伺服电动机代替了液压伺服系统，用蜗轮蜗杆传动箱代替了滑块两侧的油缸。伺服电动机响应频率远高于伺服阀，可以提高折弯精度；滑块不运动时，伺服电动机就停止，节约了能源；伺服电动机的调速比可达到1000以上，可以满足折弯机的任意速度要求。蜗轮蜗杆传动克服了液压传动的缺点，无油清洁问题，保护了环境。
伺服电动机的运行特性可以充分地满足折弯机的工艺要求，最大限度地利用伺服电动机的功率，快下高速时负载轻，则应用恒功率区，在慢下低速折弯时，负载大，则应用恒扭矩区。
根据上述伺服电动机驱动的数控折弯机的原理，其数控折弯机相关运行部分的结构说明如下在滑块的左、右两端各开有一个长方孔，在每个长方孔内，各安装有一套蜗轮蜗杆副，并且蜗轮蜗杆副固定在机架的墙板上；左、右侧各有一台伺服电动机，当左、右伺服电动机驱动器接收到计算机数控系统的指令后，分别驱动左、右电动机转动，左、右电动机转动状态经直接联接在电动机上的编码器转换成方波信号后，反馈给各自的左、右伺服电动机驱动器，再与速度指令相比较，用其差值修正左、右电动机的速度，使电动机运行速度稳定，左、右各有一把左光栅尺和右光栅尺，它们分别把滑块左端当前位置和滑块右端当前位置反馈给计算机数控系统，数控系统根据滑块当前位置，决定滑块运行姿态。
左、右伺服电动机的输出轴分别与左、右蜗轮箱体内的左、右蜗杆轴通过联轴器、螺栓相联接；左、右蜗杆轴分别驱动左、右蜗轮转动，左、右蜗轮分别与左、右滚珠丝杆副的螺母固定在一起，因螺母垂直方向位置被限制，故左、右蜗轮转动应分别使左、右滚珠丝杆作上、下方向垂直运动，左、右滚珠丝杆下端分别通过球形垫块与滑块左、右长方孔的下端接触固定，左、右滚珠丝杆上端分别通过调节螺栓及锁紧螺母与滑块左、右长方孔的上端接触固定。通过调节螺栓的调整和锁紧螺母的固定，可将滑块与滚珠丝杆的上下位置相对固定，在丝杆的下端设计了一个固定块，可防止丝杆转动，保证滚珠丝杆只能作上、下垂直运动，这样，在电动机的驱动下，通过蜗轮蜗杆的传动，使滚珠丝杆只能作上、下垂直运动，且因滚珠丝杆上、下端与滑块位置固定在一起，从而实现与滑块的同时动作，左、右两只伺服电动机同时动作，在计算机数控系统的控制下，就实现了与滑块的同步运行。
图1滑块(15)与滚珠丝杆(2)联接主视示意图。
图中(1)调节螺栓及锁紧螺母、(2)滚珠丝杆、(15)滑块、(16)固定块。图2电动机(23)、蜗轮(19)、滚珠丝杆(2)和机架(28)联接示意图。图中(1)调节螺栓及锁紧螺母、(2)滚珠丝杆、(9)蜗轮、(23)伺服电动机、(15)滑块、(28)墙板(机架)。
图3蜗轮蜗杆传动主视结构示意图。
图中(1)调节螺栓及锁紧螺母、(2)滚珠丝杆、(3)防尘圈、(4)上侧盖板、(5)上侧圆锥滚子轴承、(6)上侧联接轴套、(7)蜗轮箱体、(8)蜗杆、(9)蜗轮、(10)滚珠丝杆螺母、(11)下侧轴套、(12)防尘圈、(13)球形垫块。
图4蜗轮蜗杆传动左视结构示意图。
图中(1)调节螺栓及锁紧螺母、(2)滚珠丝杆、(3)防尘圈、(4)上侧盖板、(6)上侧联接轴套、(7)蜗轮箱体、(8)蜗杆、(9)蜗轮、(23)伺服电动机。
图5数控系统与伺服电动机闭环控制系统电气示意联接图。
图中(17)计算机数字控制系统、(18)左伺服电动机驱动器、(19)左伺服电动机、(20)左编码器、(21)左光栅尺、(22)右伺服电动机驱动器、(23)右伺服电动机、(24)右编码器、(25)右光栅尺。
图6滑块、机架、光栅尺机械联接示意图。
图中(15)滑块、(28)机架、(19)左伺服电动机、(23)右伺服电动机、(21)左光栅尺、(25)右光栅尺、(26)左蜗轮蜗杆副、(27)右蜗轮蜗杆副。
具体实施例方式参见图5，根据板料的长度和厚度、机床外型、模具等数据，数控折弯机的数控系统(17)自动计算出滑块(15)的行程，在接到滑块(15)向下运行的信号后，数控系统(17)分别通过±10伏的信号通道与左伺服电动机驱动器(18)和右伺服电动机驱动器(22)联接并发出运行的指令，并按其信号的大小再分别联接到左伺服电动机(19)和右伺服电动机(23)，并控制左伺服电动机(19)和右伺服电动机(23)运行速度的快慢，左伺服电动机(19)和右伺服电动机(23)分别直接与左编码器(20)和右编码器(24)相联接并将其转动状态分别转换成方波信号，并将信号分别通过通道反馈到左伺服电动机驱动器(18)和右伺服电动机驱动器(22)，与速度指令相比较，用其差值修正左伺服电动劝机(19)和右伺服电动机(23)，使其速度稳定。
参见图6，滑块(15)向下运行时，左光栅尺(21)和右光栅尺(25)分别位于滑块(15)左、右两侧，能分别准确地测量出滑块(15)左端当前位置和右端当前位置，并反馈给数字控制系统(17)，数字控制系统(17)根据滑块(15)当前的位置，决定滑块(15)的运行姿态。
参见图6滑块(15)的左端开有一个长方形孔，在其左孔内安装有左蜗轮蜗杆副(26)，蜗轮蜗杆副(26)安装固定在机架(28)墙板上。同样，在滑块(15)的右端也开有一个长方形孔，在其右孔内安装有右蜗轮蜗杆副(27)，右蜗轮蜗杆副(27)也安装固定在机架(28)的墙板上。滑块(15)左端和右端长方形孔内的机械结构相同。
参见图1在图1内，滑块(15)右端长方孔内的滚珠丝杆(2)上端安装有调节螺栓及锁紧螺母(1)，滚珠丝杆(2)下端安装有固定块(16)以防止其转动，左、右滚珠丝杆(2)上端分别通过调节螺栓及锁紧螺母(1)与滑块(15)左、右长方形孔上端接触固定，而左、右滚珠丝杆(2)下端通过球形垫块(13)(见图3)与滑块(15)左、右长方形孔下端接触固定，从而将滚珠丝杆(2)与滑块(15)位置固定，使滚珠丝杆(2)与滑块(15)同时动作，滑块(15)左端长方孔内滚珠丝杆(2)亦如右端长方孔内同样地联接。
参见图2右蜗轮蜗杆副(27)安装在滑块(15)右侧长方形孔内，固定安装在机架(28)的墙板上；同样，左蜗轮蜗杆副(26)安装在滑块(15)左长方形孔内，也固定在机架(28)的墙板上。
参见图3由图3中可见，调节螺栓和锁紧螺母(1)安装在滚珠丝杆(2)上端，防尘圈(3)位于上侧盖板(4)内及上侧联接轴套(6)外，上侧盖板(4)通过螺钉安装在蜗轮箱体(7)上，上侧圆锥滚子轴承(5)位于上侧联接轴套(6)外；滚珠丝杆(2)下部位于上侧联接轴套(6)和下侧轴套(11)内；蜗杆(8)和蜗轮(9)位于蜗轮箱体(7)内；滚珠丝杆螺母(10)安装在滚珠丝杆(2)上；防尘圈(12)位于下侧轴套(11)外；球形垫块(13)安装在滚珠丝杆(2)的下端；与蜗杆(8)相啮合的蜗轮(9)与滚珠丝杆螺母(10)联接。
参见图4伺服电动机(23)的输出轴通过联轴器与蜗杆(8)的蜗杆轴相连接；防尘圈(3)位于上侧联接轴套(6)外；上侧联接轴套(6)位于滚珠丝杆(2)外；蜗杆(8)与蜗轮(9)相啮合，位于蜗轮箱体(7)内，蜗轮(9)与滚珠丝杆(2)上的滚珠丝杆螺母(10)相连接。、本发明伺服电动机驱动的数控板料折弯机的基本参数如下折弯吨位500千牛顿；工作台长度2050毫米；滑块行程215毫米；开启高度415毫米；喉口深度250毫米；滑块速度快下为100毫米/每秒；工进为1～20毫米/秒；回程为100毫米/每秒。机器重量2060公斤。
权利要求
1.一种伺服电动机驱动数控板料折弯机，它由计算机数控系统(17)、左、右伺服电动机驱动器(18)、(22)、左、右电动机(19)、(23)、左、右编码器(20)、(24)、左、右光栅尺(21)、(25)，以及左、右蜗轮蜗杆传动副(26)、(27)、滚珠丝杆螺母(10)、滚珠丝杆(2)、滑块(15)和机架(28)组成，其特征是计算机数控系统(17)通过信号通道连到左、右伺服电动机驱动器(18)、(22)、左、右电动机(19)、(23)；左、右编码器(20)、(24)分别直接联接在左、右电动机(19)、(23)上；左、右光栅尺(21)、(25)分别位于滑块(15)左、右两侧，电动机输出轴联接在蜗杆轴上、蜗杆(8)与蜗轮(9)相耦合；蜗轮(9)与丝杆副的滚珠丝杆螺母(10)相联接，滚珠丝杆螺母(10)安装在滚珠丝杆(2)上，滚珠丝杆(2)分别固定安装在滑块(15)的左、右长方形孔中。
2.根据权利要求1所述的伺服电动机驱动数控板料折弯机，其特征是左、右蜗轮蜗杆副(26)、(27)分别安装在滑块(15)左、右的长方形孔内，固定在机架(28)的墙板上。
3.根据权利要求1所述的伺服电动机驱动数控板料折弯机，其特征是固定在滑块(15)左、右端长方形孔内的滚珠丝杆(2)，其上端分别安装有调节螺栓及锁紧螺母(1)，下端分别安装有以防其转动的固定块(16)。
4.根据权利要求1所述的伺服电动机驱动数控板料折弯机，其特征是蜗杆(8)和蜗轮(9)位于蜗轮箱体(7)内。
5.根据权利要求1所述的伺服电动机驱动数控板料折弯机，其特征是上侧盖板(4)通过螺钉安装在蜗轮箱体(7)上。
6.根据权利要求1所述的伺服电动机驱动数控板料折弯机，其特征是防尘圈(3)位于上侧盖板(4)内及上侧联接轴套(6)外；防尘圈(12)位于下侧轴套(11)外。
7.根据权利要求1所述的伺服电动机驱动数控板料折弯机，其特征是球形垫块(13)安装在滚珠丝杆(2)的下端。
8.根据权利要求1所述的伺服电动机驱动数控板料折弯机，其特征是滚珠丝杆(2)下部位于上侧联接轴套(6)和下侧轴套(11)内。
9.根据权利要求1所述的伺服电动机驱动数控板料折弯机，其特征是左、右滚珠丝杆(2)上端分别通过调节螺栓和锁紧螺母(1)与滑块(15)左、右长方形孔的上端接触固定；左、右滚珠丝杆(2)下端分别通过球形垫块(13)与滑块(15)左、右长方形孔的下端接触固定。
全文摘要
本发明伺服电动机驱动数控板料折弯机属于数控机床领域。本折弯机由计算机数控系统(17)、左、右伺服电动机驱动器(18)、(22)、左、右电动机(19)、(23)、左、右编码器(20)、(24)、左、右光栅尺(21)、(25)，以及左、右蜗轮蜗杆传动副(26)、(27)、滚珠丝杆螺母(10)、滚珠丝杆(2)、滑块(15)和机架(28)组成，数控系统(17)通过信号通道连到左、右伺服电动机驱动器(18)、(22)、左、右电动机(19)、(23)；左、右编码器(20)、(24)分别直接联接在左、右电动机(19)、(23)；左、右光栅尺(21)、(25)分别位于滑块(15)左、右两侧，电动机输出轴联接蜗杆轴、蜗轮(19)与丝杆螺母(10)联接，丝杆(2)安装在滑块(15)长方形孔中。本机高效、节能、环保。
文档编号G05B19/18GK1683095SQ20051003803
公开日2005年10月19日 申请日期2005年3月9日 优先权日2005年3月9日
发明者叶兵, 史惊东, 冷志斌, 吉素琴 申请人:吉素琴