CN103939427A - 一种压力机用双动伺服增压缸 - Google Patents

Abstract

一种压力机用双动伺服增压缸，包含空行程装置和工作行程装置，空行程装置设计在外缸体内部，将空行程伺服电机转子与行星滚柱丝杠螺母设计在一起，螺母通过滚柱驱动内缸体在空行程电机内部作机械式往复运动，工作行程装置设计在内缸体内部，内缸体自上而下依次是行星减速装置、行星滚柱丝杠装置、增压腔和回程腔，空行程和工作行程动力源均为伺服电机，本发明能实现空行程和工作行程单独控制，降低能耗，提高压力机柔性和控制精度，降低压力机设计成本。

Description

一种压力机用双动伺服增压缸

技术领域

本发明涉及一种增压缸，尤其涉及一种压力机用双动伺服增压缸。

背景技术

压力机是一种通过对坯料施加压力，使坯料变形达到预期设计要求的压力加工设备，可实现锻压、冲压、冷挤、拉深等多种成形工艺，其通用性强，广泛应用在各行各业。根据工作原理，压力机可以分为液压机和机械压力机两种，普通液压机由油泵供油，工作阶段液压油一直处于高压状态，由于空行程阶段无负载，高压油液将通过液压阀和液压油路卸荷，压力损耗基本上全部转化为热量，致使液压油温度升高，导致油液泄漏和大量能量损耗。相较于液压机，机械压力机不存在空行程浪费能量这一问题，且空行程速度一般较快，但是机械压力机在设计制造后其冲压曲线一般是固定的，对于某些对冲压曲线有特殊要求的工艺，机械压力机往往容易出现褶皱和裂纹等问题，且机械压力机的设计和制造成本较高，受机械结构的限制机械压力机的设计吨位一般不能做到很大。

随着现代制造技术的不断发展，要求压力机具有高的控制精度和响应速度，同时保留大负载特性，传统的机械压力机和液压机由于存在上述问题，使其应用受到一定限制。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种压力机用双动伺服增压缸，降低压力机能耗，降低设计成本，提高压力机通用性能和控制精度。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种压力机用双动伺服增压缸，机身机构为三梁四柱式，机身机构包括立柱2，立柱2中空，拉杆6贯穿立柱2，立柱2外表面光滑，滑块3在立柱2上上下滑动，拉杆6两端的锁紧螺母7将4根立柱2固定在横梁4和底座1之间，双动伺服增压缸5通过螺栓固定在横梁4上，双动伺服增压缸5活塞杆与滑块3连接。

所述的双动伺服增压缸5，根据实际公称压力确定安装数量，双动伺服增压缸5包含空行程装置和工作行程装置，空行程装置包含外缸体528、定子绕组506、动子绕组507、转子509、外滚柱508、上端盖510、下法兰盘529，定子绕组506固定在外缸体528上，动子绕组507固定在转子509上，转子509上下两端通过圆锥滚子轴承与外缸体528相连，转子509为筒形，内壁加工有多头螺纹，外滚柱508外壁加工单头螺纹，可绕转子509内壁做行星转动，外滚柱508同时与内缸体502外壁螺纹啮合，在空行程阶段转子509带动内缸体502上下运动，上端盖510和下法兰盘529均为中间有一圆形孔洞的厚板，将外缸体528封住；

工作行程装置安置在内缸体502内部，内缸体分上下两段，上端直径小于下端，呈“凸”字形，交流伺服电机516固定在上法兰盘515上，上法兰盘515固定在内缸体502上端面，交流伺服电机516输出轴与太阳轮517连接，太阳轮517与行星轮519啮合，行星轮519与齿圈518啮合，齿圈518通过上法兰盘515和减速器外壳514内轴肩固定在减速器外壳514内壁上，减速器外壳514为“U”型筒形件，上端开口，下端有通孔，减速器外壳514上端固定在内缸体502上端，减速器外壳514外壁与内缸体502内壁贴合，行星轮519通过销轴520与行星保持架521连接，销轴520贯穿行星轮519和行星保持架521，行星轮519与销轴520之间有滑动轴承，丝杠527小轴与行星保持架521连接，丝杠527上端面中心处有球形突起将太阳轮517顶住，丝杠527自上而下有三处轴肩，行星保持架521下端面与第一处轴肩贴合，第一处轴肩下部轴面加工有螺纹与丝杠螺母522旋合，螺纹下方轴面套有一对对称放置的圆锥滚子轴承512，圆柱滚子轴承512与丝杠螺母522之间有套筒523，将圆锥滚子轴承512内圈上端面限制住，圆锥滚子轴承512内圈下端面通过丝杠第二处轴肩限制，圆锥滚子轴承512外圈固定在减速器外壳514下端通孔内壁上，并有轴承端盖513将圆锥滚子轴承外圈固定，丝杠527第三处轴肩之下部分全部加工多头螺纹，与加工有单头螺纹的内滚柱526啮合，内滚柱526两端有小轴，小轴嵌入滚柱保持架524中，滚柱保持架524为圆环形厚板，圆环上加工有两个以上的等径圆孔，圆筒形小活塞525内壁加工有多头螺纹与内滚柱526啮合，小活塞525外壁上端嵌入有一对第一防转平键511，对称布置，与之相对应的内缸体502内壁上加工有一段键槽，小活塞525上端开放，下端通过活塞端盖530密封，活塞端盖530与小活塞525通过螺纹旋合；大活塞531安置在内缸体502下端，大活塞531上端面粘合环形轻质材料504，小活塞525下端面、内缸体502内壁、大活塞531上端面组成增压腔A，增压腔A内充满油液，大活塞531外壁上端嵌入第二防转平键503，与之对应的内缸体502内壁加工有键槽，弹簧532套在大活塞531活塞轴上，下端盖501固定在内缸体502下端面，大活塞531下端面与下端盖501上表面组成回程腔B。

所述的与外滚柱508啮合的转子509内螺纹和内缸体502外螺纹均为多头螺纹且螺纹牙型为90°三角形螺牙，外滚柱508外螺纹为单头螺纹且为圆弧形螺牙，三者螺纹螺旋方向相同；与内滚柱526啮合的小活塞525内螺纹和丝杠527外螺纹均为多头螺纹且螺纹牙型为三角形螺牙，内滚柱526外螺纹为单头螺纹且为圆弧形螺牙，三者螺纹螺旋方向相同；假定外滚柱508或内滚柱526公称直径为d_R，与之啮合的内螺纹和外螺纹分别为d_N和d_W，则存在关系式且必须为整数，外滚柱508或内滚柱526螺牙圆弧半径为

本发明的有效效果是：

1、空行程和工作行程单独驱动，将行星滚柱丝杠机构设计在电机转子上，驱动内部增压缸进行机械式空行程往复运动，与传统液压缸相比，提高了响应速度和运行速度。冲压或锻造工件的工作行程采用大电机驱动，并有行星减速装置和液压增力机构，整个增压缸设计紧凑，主缸是液压力驱动，行程很小，每次工作浪费的液压能较小。

2、将带独立动力双动伺服增压缸进行合理的组合，可以满足不同规格液压机的要求。即实现了模块化压机的设计，可组成单缸、双缸、三缸、四缸、五缸、六缸等。通过对伺服电机的精确控制，采用市场上技术先进的数控系统，可方便的实现多缸的同步运动，降低设计成本。

3、空行程和工作行程均由伺服电机提供动力，冲压曲线可以任意调整，提高了压力机柔性和控制精度。

4、有增压机构提高承载力。

附图说明

图1为压力机前视图。

图2为双动伺服增压缸前视剖面图。

图3为双动伺服增压缸俯视剖面图。

图4为螺纹啮合细节图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

参照图1，一种压力机用双动伺服增压缸，机身机构为三梁四柱式，机身机构包括立柱2，立柱2中空，拉杆6贯穿立柱2，立柱2外表面光滑，滑块3在立柱2上上下滑动，拉杆6两端的锁紧螺母7将4根立柱2固定在横梁4和底座1之间，双动伺服增压缸5通过螺栓固定在横梁4上，双动伺服增压缸5活塞杆与滑块3连接。

参照图2和图3，所述的双动伺服增压缸5，根据实际公称压力确定安装数量，双动伺服增压缸5包含空行程装置和工作行程装置，空行程装置包含外缸体528、定子绕组506、动子绕组507、转子509、外滚柱508、上端盖510、下法兰盘529，定子绕组506固定在外缸体528上，动子绕组507固定在转子509上，转子509上下两端通过圆锥滚子轴承与外缸体528相连，转子509为筒形，内壁加工有多头螺纹，外滚柱508外壁加工单头螺纹，可绕转子509内壁做行星转动，外滚柱508同时与内缸体502外壁螺纹啮合，在空行程阶段转子509带动内缸体502上下运动，上端盖510和下法兰盘529均为中间有一圆形孔洞的厚板，将外缸体528封住；

工作行程装置安置在内缸体502内部，内缸体分上下两段，上端直径小于下端，呈“凸”字形，内缸体502自上而下依次是行星减速装置、行星滚柱丝杠装置、增压腔、回程腔，交流伺服电机516通过螺栓固定在上法兰盘515上，上法兰盘515通过螺钉固定在内缸体502上端面，交流伺服电机516输出轴通过平键与太阳轮517联接，太阳轮517与行星轮519啮合，行星轮519与齿圈518啮合，齿圈518通过上法兰盘515和减速器外壳514内轴肩固定在减速器外壳514内壁上，减速器外壳514为“U”型筒形件，上端开口，下端有通孔，减速器外壳514上端通过螺栓固定在内缸体502上端，减速器外壳514外壁与内缸体502内壁贴合，行星轮519通过销轴520与行星保持架521连接，销轴520贯穿行星轮519和行星保持架521，行星轮519与销轴520之间有滑动轴承，丝杠527小轴通过平键与行星保持架521连接，丝杠527上端面中心处有球形突起将太阳轮517顶住，丝杠527自上而下有三处轴肩，行星保持架521下端面与第一处轴肩贴合，第一处轴肩下部轴面加工有螺纹与丝杠螺母522旋合，螺纹下方轴面套有一对对称放置的圆锥滚子轴承512，圆柱滚子轴承512与丝杠螺母522之间有套筒523，将圆锥滚子轴承512内圈上端面限制住，圆锥滚子轴承512内圈下端面通过丝杠第二处轴肩限制，圆锥滚子轴承512外圈固定在减速器外壳514下端通孔内壁上，并有轴承端盖513将圆锥滚子轴承外圈固定，丝杠527第三处轴肩之下部分全部加工多头螺纹，与加工有单头螺纹的内滚柱526啮合，内滚柱526两端有小轴，小轴嵌入滚柱保持架524中，滚柱保持架524为圆环形厚板圆环上加工有多个等径圆孔，圆筒形小活塞525内壁加工有多头螺纹与内滚柱526啮合，小活塞525外壁上端嵌入有一对第一防转平键511，对称布置，与之相对应的内缸体502内壁上加工有一段键槽，小活塞525上端开放，下端通过活塞端盖530密封，活塞端盖530与小活塞525通过螺纹旋合；大活塞531安置在内缸体502下端，大活塞上端面粘合一定厚度环形轻质材料504，小活塞525下端面、内缸体502内壁、大活塞531上端面组成增压腔A，增压腔A内充满油液，大活塞531外壁上端嵌入第二防转平键503，与之对应的内缸体502内壁加工有键槽，弹簧532套在大活塞531活塞轴上，下端盖501通过螺钉固定在内缸体502下端面，大活塞531下端面与下端盖501上表面组成回程腔B。

参照图4，与外滚柱508啮合的转子509内螺纹和内缸体502外螺纹均为多头螺纹且螺纹牙型为90°三角形螺牙（α角），外滚柱508外螺纹为单头螺纹且为圆弧形螺牙，三者螺纹螺旋方向相同；与内滚柱526啮合的小活塞525内螺纹和丝杠527外螺纹均为多头螺纹且螺纹牙型为三角形螺牙，内滚柱526外螺纹为单头螺纹且为圆弧形螺牙，三者螺纹螺旋方向相同；假定外滚柱508或内滚柱526公称直径为d_R，与之啮合的内螺纹和外螺纹分别为d_N和d_W，则存在关系式且必须为整数，外滚柱508或内滚柱526螺牙圆弧半径为

本发明的工作原理为：空行程阶段，转子509在动子绕组507的电磁力作用下开始转动，带动外滚柱508作行星转动，由于转子509和外滚柱508轴向自由度被限制，活塞531与滑块3相连周向不能转动，又有防转平键503的存在，内缸体502周向自由度被限制，内缸体502只能上下运动，该运动阶段无负载，设计电机时采用小功率。工作行程阶段，交流伺服电机516通过行星减速装置和行星滚柱丝杠装置，驱动小活塞525向下运动，由于有第一防转平键511的限制作用，小活塞525只能上下运动而不能转动，小活塞525底面积要小于大活塞531上表面积，小活塞525上的力经过增压腔A内的油液后传递到大活塞531后得到了放大，放大倍数为大活塞531上表面与小活塞530下表面面积之比，大活塞531活塞杆推动滑块3向下运动，完成公称压力行程。返程阶段，交流伺服电机516反转，带动小活塞525向上运动，增压腔A内油液压力降低，回程腔内的弹簧532处于压缩状态推动大活塞531向上运动，空行程装置内的转子509反转带动内缸体502向上运动，回到初始位置。

Claims (3)

1.一种压力机用双动伺服增压缸，其特征在于：机身机构为三梁四柱式，机身机构包括立柱（2），立柱（2）中空，拉杆（6）贯穿立柱（2），立柱（2）外表面光滑，滑块（3）在立柱（2）上上下滑动，拉杆（6）两端的锁紧螺母（7）将4根立柱（2）固定在横梁（4）和底座（1）之间，双动伺服增压缸（5）通过螺栓固定在横梁（4）上，双动伺服增压缸（5）活塞杆与滑块（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种压力机用双动伺服增压缸，其特征在于：所述的双动伺服增压缸（5），根据实际公称压力确定安装数量，双动伺服增压缸（5）包含空行程装置和工作行程装置，空行程装置包含外缸体（528）、定子绕组（506）、动子绕组（507）、转子（509）、外滚柱（508）、上端盖（510）、下法兰盘（529），定子绕组（506）固定在外缸体（528）上，动子绕组（507）固定在转子（509）上，转子（509）上下两端通过圆锥滚子轴承与外缸体（528）相连，转子（509）为筒形，内壁加工有多头螺纹，外滚柱（508）外壁加工单头螺纹，可绕转子（509）内壁做行星转动，外滚柱（508）同时与内缸体（502）外壁螺纹啮合，在空行程阶段转子（509）带动内缸体（502）上下运动，上端盖（510）和下法兰盘（529）均为中间有一圆形孔洞的厚板，将外缸体（528）封住；

工作行程装置安置在内缸体（502）内部，内缸体分上下两段，上端直径小于下端，呈“凸”字形，交流伺服电机（516）固定在上法兰盘（515）上，上法兰盘（515）固定在内缸体（502）上端面，交流伺服电机（516）输出轴与太阳轮（517）连接，太阳轮（517）与行星轮（519）啮合，行星轮（519）与齿圈（518）啮合，齿圈（518）通过上法兰盘（515）和减速器外壳（514）内轴肩固定在减速器外壳（514）内壁上，减速器外壳（514）为“U”型筒形件，上端开口，下端有通孔，减速器外壳（514）上端固定在内缸体（502）上端，减速器外壳（514）外壁与内缸体（502）内壁贴合，行星轮（519）通过销轴（520）与行星保持架（521）连接，销轴（520）贯穿行星轮（519）和行星保持架（521），行星轮（519）与销轴（520）之间有滑动轴承，丝杠（527）小轴与行星保持架（521）连接，丝杠（527）上端面中心处有球形突起将太阳轮（517）顶住，丝杠（527）自上而下有三处轴肩，行星保持架（521）下端面与第一处轴肩贴合，第一处轴肩下部轴面加工有螺纹与丝杠螺母（522）旋合，螺纹下方轴面套有一对对称放置的圆锥滚子轴承（512），圆柱滚子轴承（512）与丝杠螺母（522）之间有套筒（523），将圆锥滚子轴承（512）内圈上端面限制住，圆锥滚子轴承（512）内圈下端面通过丝杠第二处轴肩限制，圆锥滚子轴承（512）外圈固定在减速器外壳（514）下端通孔内壁上，并有轴承端盖（513）将圆锥滚子轴承外圈固定，丝杠（527）第三处轴肩之下部分全部加工多头螺纹，与加工有单头螺纹的内滚柱（526）啮合，内滚柱（526）两端有小轴，小轴嵌入滚柱保持架（524）中，滚柱保持架（524）为圆环形厚板，圆环上加工有两个以上的等径圆孔，圆筒形小活塞（525）内壁加工有多头螺纹与内滚柱（526）啮合，小活塞（525）外壁上端嵌入有一对第一防转平键（511），对称布置，与之相对应的内缸体（502）内壁上加工有一段键槽，小活塞（525）上端开放，下端通过活塞端盖（530）密封，活塞端盖（530）与小活塞（525）通过螺纹旋合；大活塞（531）安置在内缸体（502）下端，大活塞（531）上端面粘合环形轻质材料（504），小活塞（525）下端面、内缸体（502）内壁、大活塞（531）上端面组成增压腔A，增压腔A内充满油液，大活塞（531）外壁上端嵌入第二防转平键（503），与之对应的内缸体（502）内壁加工有键槽，弹簧（532）套在大活塞（531）活塞轴上，下端盖（501）固定在内缸体（502）下端面，大活塞（531）下端面与下端盖（501）上表面组成回程腔B。

3.根据权利要求2所述的一种压力机用双动伺服增压缸，其特征在于：所述的与外滚柱（508）啮合的转子（509）内螺纹和内缸体（502）外螺纹均为多头螺纹且螺纹牙型为90°三角形螺牙，外滚柱（508）外螺纹为单头螺纹且为圆弧形螺牙，三者螺纹螺旋方向相同；与内滚柱（526）啮合的小活塞（525）内螺纹和丝杠（527）外螺纹均为多头螺纹且螺纹牙型为三角形螺牙，内滚柱（526）外螺纹为单头螺纹且为圆弧形螺牙，三者螺纹螺旋方向相同；假定外滚柱（508）或内滚柱（526）公称直径为d_R，与之啮合的内螺纹和外螺纹分别为d_N和d_W，则存在关系式且必须为整数，外滚柱（508）或内滚柱（526）螺牙圆弧半径为