秦培亮，王 洋，竇云霞

（1.蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與機(jī)電工程系，江蘇蘇州 215008；2.蘇州大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇蘇州 215021）

直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控雙工位臥式?jīng)_壓機(jī)

秦培亮1，王 洋1，竇云霞2

（1.蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與機(jī)電工程系，江蘇蘇州 215008；2.蘇州大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇蘇州 215021）

創(chuàng)新設(shè)計(jì)了1種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控雙工位臥式?jīng)_壓機(jī)，對其組成情況、工作原理進(jìn)行了介紹，并分析了其優(yōu)點(diǎn)及其創(chuàng)新設(shè)計(jì)點(diǎn)，該沖壓機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)力及行程的放大。此外，由于采用雙工位同時(shí)沖壓的方式，生產(chǎn)效率得以大幅度提高，采用臥式布局，相對于傳統(tǒng)的立式?jīng)_壓機(jī)床，重心低，穩(wěn)定性好，具有比較廣闊的應(yīng)用前景。

直線電機(jī)；數(shù)控；肘桿機(jī)構(gòu)；沖壓機(jī)

0 引言

直線電動(dòng)機(jī)是近年來研究發(fā)展的新型電機(jī)之一，是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置。直線電機(jī)具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，如起動(dòng)性能好、維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)簡單等，在某些場合，直線電機(jī)有其獨(dú)特的應(yīng)用，是旋轉(zhuǎn)電機(jī)所不能代替的。直線電機(jī)尤其適合應(yīng)用于需要頻繁往復(fù)運(yùn)動(dòng)、具有適當(dāng)推力、合適的運(yùn)動(dòng)速度以及適當(dāng)?shù)亩ㄎ痪鹊膱龊?，文獻(xiàn)[1-5]對直線電機(jī)的應(yīng)用情況作了介紹。

傳統(tǒng)的機(jī)械沖壓機(jī)一般是立式的，在立式?jīng)_壓機(jī)上實(shí)現(xiàn)雙工位沖壓或多工位沖壓比較困難，一般需要一個(gè)數(shù)控工作臺(tái)，而采用數(shù)控工作臺(tái)的雙工位立式?jīng)_壓機(jī)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，工作臺(tái)的剛性比較差，而且整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)也比較高。現(xiàn)代制造業(yè)，特別是電子電器、通信等產(chǎn)品的制造，對高效率、小功率的自動(dòng)化沖壓機(jī)的需求越來越迫切，而傳統(tǒng)的機(jī)械沖壓機(jī)顯然不能夠滿足這種需求。本文在此基礎(chǔ)上將直線電機(jī)與機(jī)械增力機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了1種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控雙工位臥式?jīng)_壓機(jī)，滿足上述行業(yè)對該類設(shè)備的需求。

1 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控雙工位臥式?jīng)_壓機(jī)的組成

直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控雙工位臥式?jīng)_壓機(jī)由伺服直線電機(jī)，兩軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，兩副對稱鉸接的肘桿，兩個(gè)對稱的沖頭滑塊與沖壓工位等組成。伺服直線電機(jī)的定子固定在地面上，而伺服直線電機(jī)的動(dòng)子固定連接在鉸支座上，兩付肘桿的一端鉸接在鉸支座上，另一端連接在沖頭滑塊上。該沖壓機(jī)床采用臥式雙工位對稱布局，在兩個(gè)沖頭滑塊的外側(cè)與模具之間，設(shè)置有對帶狀板料進(jìn)行導(dǎo)向的導(dǎo)槽。

2 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控雙工位臥式?jīng)_壓機(jī)的工作原理

直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控雙工位臥式?jīng)_壓機(jī)的工作原理如圖1及圖2所示，圖1所示為沖壓機(jī)的待沖壓狀態(tài)，當(dāng)伺服直線電機(jī)在兩軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的控制下輸出動(dòng)力后，帶動(dòng)兩個(gè)動(dòng)子朝相反的方向運(yùn)動(dòng)，即動(dòng)子3向下運(yùn)動(dòng)，動(dòng)子4向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)通過鉸支座有一個(gè)力作用于肘桿上，利用鉸桿的角度效應(yīng)對該力進(jìn)行放大，放大的力作用于沖頭滑塊上，在導(dǎo)向槽的作用下很方便的沖壓出所需的工件，待沖壓結(jié)束后如圖2所示為工件沖壓機(jī)結(jié)束時(shí)機(jī)床的工作狀態(tài)。

圖1 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控雙工位臥式?jīng)_壓機(jī)（待沖壓狀態(tài)）

在實(shí)際使用中，可以發(fā)現(xiàn)，圖2所示沖壓結(jié)束狀態(tài)時(shí)肘桿機(jī)構(gòu)處于水平狀態(tài)，在實(shí)際使用過程中可以根據(jù)具體生產(chǎn)情況及場地的要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)母?，使得肘桿機(jī)構(gòu)與水平狀態(tài)有一定的角度，這樣可以增大或者減小沖頭滑塊的行程。

圖2 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控雙工位臥式?jīng)_壓機(jī)（沖壓結(jié)束狀態(tài)）

3 力學(xué)計(jì)算

直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控雙工位沖壓機(jī)的沖壓力的計(jì)算公式為：

其中：Fi——直線電機(jī)的電磁力；

α——鉸桿增力機(jī)構(gòu)理論壓力角（如圖1示），

ηM——機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率；

r——鉸鏈中心距；

l——鉸鏈軸的半徑；

f——鉸鏈副的摩擦系數(shù)。

4 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控臥式雙工位沖壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

本沖壓機(jī)由于采用了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而伺服電機(jī)具有反復(fù)過載的功能，可以形成“電子飛輪”效應(yīng)，因而相對于傳統(tǒng)的機(jī)械沖壓機(jī)，省去了結(jié)構(gòu)復(fù)雜而笨重的機(jī)械飛輪。

通過在直線電機(jī)的定子上配置兩個(gè)數(shù)控同步聯(lián)動(dòng)的動(dòng)子，使得本來由復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)的對稱同步運(yùn)動(dòng)變得智能化與柔性化；這兩個(gè)動(dòng)子的對稱同步運(yùn)動(dòng)，通過對稱肘桿傳遞給兩個(gè)沖頭滑塊，從而構(gòu)成了一種新型的數(shù)控雙工位沖壓機(jī)。該沖壓機(jī)具有傳統(tǒng)機(jī)械沖壓機(jī)中的肘桿機(jī)構(gòu)，能夠在沖壓工作過程中，實(shí)現(xiàn)力放大；也能夠在沖頭返回時(shí)，實(shí)現(xiàn)行程放大。由于采用完全對稱的受力設(shè)計(jì)，沖頭滑塊所受的側(cè)向力理論上為零。因此，相對于傳統(tǒng)的承受側(cè)向力的機(jī)械沖壓機(jī)，其沖頭滑塊的使用壽命得到了大幅度提高。此外，由于采用雙工位同時(shí)沖壓的方式，生產(chǎn)效率得以大幅度提高。由于機(jī)床采用臥式布局，相對于傳統(tǒng)的立式?jīng)_壓機(jī)床，重心低，穩(wěn)定性好；此外，利用伺服電機(jī)的“電子飛輪”效應(yīng)，在電機(jī)輸出功率相同的條件下，可以使沖頭的輸出力提高4～5倍，而且不存在傳統(tǒng)機(jī)械沖壓機(jī)中的笨重的飛輪。

5 結(jié)束語

本文介紹的1種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控雙工位臥式?jīng)_壓機(jī)，功能較為完善，具有明顯增力效果，對稱結(jié)構(gòu)，雙工位加工效率高，沖頭的工作速度曲線可以由數(shù)控編程來進(jìn)行設(shè)計(jì)，在沖壓過程即將結(jié)束時(shí)，讓沖頭進(jìn)行適當(dāng)減速，以吸收受力部件的彈性變形能量，能夠使得沖壓噪聲得到大幅度降低實(shí)現(xiàn)所謂“靜音”沖壓。

［1］秦培亮，王洋，鐘康民.基于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的恒增力杠桿與二次正交toggle機(jī)構(gòu)的壓緊裝置［J］.機(jī)械制造，2013，2（51）：75-76.

［2］柏青，鐘康民.基于直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙作用雙級傳動(dòng)增壓裝置［J］.液壓與氣動(dòng)，2007（9）：38-39.

［3］陳輝，顧軍，鐘以波，等.基于直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的綠色夾具［J］.金屬加工，2012（9）：53.

［4］鐘以波，顧軍，鐘康民，等.直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的過臨界點(diǎn)自鎖夾緊綠色裝置［J］.輕工機(jī)械，2012（2）：27-29.

［5］梁宇，王寅，黃衛(wèi)清.一種用于S型壓電直線電機(jī)的新型驅(qū)動(dòng)電源 ［J］.機(jī)電工程，2013（12）：1520-1523.

［6］林文煥，陳本通.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1987.

Double-Station Numerical Control Horizontal Press Driven by Linear Motor

QIN Pei-liang1，WANG Yang1，DOU Yun-xia2
（1.Department of Information and Mechanical Engineering，Suzhou Polytechnic Institute of Agriculture，Suzhou215008，China；2.School of Mechanical and Electronic Engineering，Soochow University，Suzhou215021，China）

One kind of double-station numerical control press based on toggle mechanism driven by linear motor has been innovated，the working principle and the composition of the press was introduced，analyzed the advantages and the innovation design point.The press in this paper can amplify the output power and trip.The production efficiency can be greatly improved due to double-station working method，compare with traditional vertical press，the horizontal layout press has many advantages such as low center of gravity,good stability,has broad application.

linear motor；numerical control；toggle mechanism；press

TG659

：A

：1009－9492(2014)11－0022－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.11.006

秦培亮，男，1981年生，江蘇銅山人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：復(fù)合傳動(dòng)及機(jī)械設(shè)計(jì)制造等。已發(fā)表論文15篇。

(編輯：阮 毅)

2014－05－27