專利名稱：一種電動伺服拉伸墊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電動伺服拉伸墊。
背景技術：
在板料拉伸成型過程中，大多數的成型件需要壓邊裝置，以提供足夠的摩擦力，增加板料中的拉應力，從而達到控制材料的流動避免起皺之目的。壓邊力的大小是板料成型中重要的工藝參數，也是板料成型中的控制材料流動重要手段。在大型覆蓋件成型時，壓邊力一般由拉伸墊提供，如果壓邊力過小，無法有效地控制材料的流動，板料容易起皺，而壓邊力過大，材料拉裂趨勢會明顯增加。在實際生產中，為了提高成型件的質量和生產效率，一般要求盡可能地一次成型出工件，這樣壓邊力的合理取值、調整和控制就成為控制金屬 流動，即防止出現(xiàn)起皺和拉裂的最重要的手段之一。拉伸墊是壓力機的主要功能部件，其功能是在滑塊向下運行進行成型之前壓住板料，并在成型過程中進行壓邊，以防止板料成型時材料流動過快造成起皺。使用早期的壓力機進行板料大型覆蓋件成型時，通常采用雙動壓力機，外滑塊壓邊，內滑塊拉伸。隨著大噸位拉伸墊的技術的發(fā)展，壓力機外滑塊的壓邊功能逐漸被拉伸墊所取代，即在進行大型覆蓋件的成型時，單動壓力機取代了雙動壓力機。大噸位拉伸墊的研發(fā)經歷了純氣氣墊、數控液壓-氣混合拉伸墊、數控液壓墊等數個階段。純氣氣墊由于氣體的可壓縮特性，缸體內的氣體在受壓時壓力波動較大，從而使工件的壓邊力不穩(wěn)定，大噸位氣墊的缸體由于直徑過大，安裝空間受限，因此其壓邊力也受到一定限制。數控液壓墊的壓邊力可以進行任意控制，因此可提高工件的拉伸質量、延長設備的使用壽命、提高設備的使用率，從而提高經濟效益。但數控液壓墊系統(tǒng)能耗大、污染大、且維修復雜。
發(fā)明內容為解決以上技術上的不足，本實用新型提供了一種電動伺服拉伸墊，它與壓力機滑塊相結合可以實現(xiàn)工件拉伸變形所需任意壓邊力，而且在拉伸工作過程中將機械能轉換為電能，節(jié)約大量的電能，尤其可實現(xiàn)汽車車身制造所需的高強度鋼、復合成型材料、鋁合金、難成形材料等高精度、難成形的汽車零件的拉伸成型。本實用新型是通過以下措施實現(xiàn)的本實用新型的一種電動伺服拉伸墊，包括頂冠和支架，所述支架下部側面連接有伺服電機，所述頂冠下方連接有伺服電機驅動機構，所述伺服電機驅動機構包括絲桿軸和與絲杠軸相配合的絲母，所述絲母連接在頂冠的底部，所述絲杠軸通過軸承豎直連接在支架底部，絲杠軸的下端和伺服電機的驅動軸上均連接有帶輪且?guī)л喼g設置有同步帶，所述伺服電機電連接有伺服驅動器、能量回饋儲存裝置和伺服控制器。為了能夠減小沖擊力，上述絲母與頂冠之間設置液壓緩沖裝置，所述液壓緩沖裝置連接有測定頂冠產生的壓邊力的負荷測定裝置，所述負荷測定裝置信號連接伺服控制器。上述伺服電機的驅動軸和絲桿軸設置有旋轉編碼器，所述旋轉編碼器連接伺服控制器，所述伺服控制器接收旋轉編碼器的位置反饋信號并對拉伸墊拉伸行程和運行位置進行控制。使得控制更加準確。上述能量回饋儲存裝置包括與電網連接的整流回饋單元和連接在伺服驅動器與整流回饋單元之間的直流母線上的儲能裝置。上述該拉伸墊設置有限位裝置，所述限位裝置包括設置在頂冠側面的限位塊，支架下部側面設置有在限位塊行程末端可碰觸到的限位開關，頂冠下方的支架底部上設置有緩沖裝置和零位確認定位裝置。上述頂冠和支架側面設置有導向裝置，所述導向裝置為導軌。上述絲桿軸下端設置有氣動或液壓控制的制動裝置。上述伺服電機與伺服驅動器之間連接有動態(tài)制動單元。上述伺服控制器設置有UPS系統(tǒng)。本實用新型的有益效果是I.使用電動伺服拉伸墊成型工件時，可以依據板料成型工藝要求實時控制壓邊力，各點的壓邊力可以設置不同值并可以對壓邊力進行分段控制，從而實現(xiàn)最優(yōu)的壓邊力加載模式，使壓邊力值在各個部位恰好能夠抑制起皺的發(fā)生，使極限拉伸比達到最大，充分發(fā)揮材料的成型極限；2.在壓邊成型過程中，電動伺服拉伸墊將工件成形過程壓邊力所消耗的機械能轉化為伺服電機輸出的電能，減少了壓力機電能的消耗；3.伺服電機可精確控制，從而可以任意地調整工件拉伸所需的壓邊力及在下死點鎖緊拉伸墊；4.伺服電機控制拉伸墊的預加速和建壓，減小滑塊下行于頂冠接觸時的沖擊。
圖I為本實用新型的主視部分剖視結構示意圖。圖2為圖I的左視結構部分剖視結構示意圖。圖3為本實用新型的驅動機構部分結構示意圖。圖4為本實用新型的液壓緩沖裝置的結構示意圖。圖5為本實用新型供電系統(tǒng)的電路連接示意圖。圖6為本實用新型伺服控制系統(tǒng)的原理示意圖。圖7為本實用新型的運動導向結構示意圖。圖8為本實用新型的落到底限位的結構示意圖。圖9為本實用新型的落到底限位的放大示意圖。圖中101.滑塊，102.上模，103.壓邊圈，104.頂桿，105.下模，106.支架底座，107.底座導軌，108.支架，109.電機支架，110.限位開關，111.緩沖裝置，112零位確認定位裝置，201.頂冠，202.頂冠導軌，203.限位塊，204.制動器，300.伺服電機驅動機構，301.伺服電機，302a.絲母，302b.絲杠軸，303.帶輪，304.同步帶，305.小帶輪，306.絲桿編碼器，307.伺服驅動器，308.伺服控制器，309.整流回饋單元，310.動態(tài)制動單元，311.制動單元，312.儲能裝置，313. UPS系統(tǒng)，400.液壓緩沖裝置，401.壓力傳感器。
具體實施方式
圖1、2所示為本實用新型的一種實施形態(tài)下的壓力機配置電動伺服拉伸墊的整體圖，圖3所示為本實用新型的一種實施形態(tài)下的大噸位單頂冠伺服拉伸墊驅動機構圖。圖中所示，伺服拉伸墊包括頂冠201、伺服電機驅動機構300、導向裝置、限位裝置、液壓緩沖裝置、負荷測定裝置、制動裝置、伺服驅動與控制系統(tǒng)、反饋裝置和能量回饋儲存裝置。本實用新型實施形態(tài)下的伺服拉伸墊為單頂冠，設置4套伺服驅動機構300。支架108安裝在支架底座106上，支架108下部側面連接有伺服電機301。頂冠201下方連接有伺服驅動機構300，伺服驅動機構300包括同步帶304、帶輪303、小帶輪304、絲桿軸302b、絲母302a，。絲桿軸302b通過軸承豎直固定于支架108上，絲母302a固定在頂冠201底 部。在沖壓拉伸工作時，壓力機滑塊101帶著上模102向下運行，上模102接觸到壓邊圈103后，壓住壓邊圈103 —起向下運動。壓邊圈103壓住頂桿104，頂桿壓住頂冠201隨滑塊101向下運行，固定在頂冠201上的絲母302a的向下直線運動帶動絲桿302b作回轉運動，通過同步帶304及帶輪303、小帶輪304驅動伺服電機301使其作為發(fā)電機。在滑塊回程時，伺服電機301作為電動機，驅動絲桿302b作旋轉運動，絲母302a將絲桿的旋轉運動轉換為向上的直線運動，絲母302a帶動頂冠201及頂桿104向上的運動，頂出工件，并回到上位等待位置。伺服電機301可在下死點及上行程任意位置鎖緊頂冠。伺服電機驅動機構300可以是2套或4套，分別設置頂冠的下面。每套驅動機構300可以配置一套伺服電機301或多套伺服電機301，頂冠201可以是單頂冠、雙頂冠、四頂冠。拉伸墊絲桿下端設置制動裝置204，用于拉伸墊任意停止位置的鎖緊。制動裝置動力源可以是氣動或液壓控制。如圖4所示，本實用新型的一種實施形態(tài)下的電動伺服拉伸墊的液壓緩沖裝置400，其設置在頂冠201和絲母302a之間，緩和上模與壓邊圈接觸時的的沖擊力，同時也起過載保護作用，當壓邊力超出設定值時，液壓腔及管路卸載，系統(tǒng)停機，保護絲桿302b和絲母302a等裝置不超載使用。四點的壓力可獨立調整，一點超載，四點同時卸荷。絲母與頂冠之間的液壓系統(tǒng)設置測定拉伸墊頂冠產生的壓邊力的負荷測定裝置，包括測定液壓室壓力的壓力傳感器401，負荷測定裝置連接伺服控制器，進而計算出與伺服電機301負載相對應的值，以此控制伺服電機的輸出扭矩，進行伺服拉伸墊壓邊力的任意調整。如圖5、6所示的本實用新型一種實施形態(tài)下的電動伺服拉伸墊的伺服驅動與控制系統(tǒng)，伺服驅動與控制系統(tǒng)由伺服電機301、伺服驅動器307、伺服控制器308和反饋裝置等組成，進行壓邊力和運動速度的任意控制。伺服驅動器307與伺服控制器308之間通過SERCOS光纖網絡通訊。伺服驅動器307標準化，根據伺服電機301的輸出扭矩進行組合。整流回饋單元309標準化，根據伺服驅動器307的功率進行組合。整流回饋單元309與電網連接，將交流電源轉換成直流母線的直流電源，直流母線并聯(lián)著一個儲能裝置312，為伺服驅動器307提供電量。當伺服電機301處于工作耗能狀態(tài)時，母線電壓降低，整流回饋單元向309電網取電，同時儲能裝置312釋放電量。當伺服電機301處于發(fā)電狀態(tài)時，母線電壓升高時，整流回饋單元309向電網回饋電能，向儲能裝置312充電。儲能裝置312可以由多組電容組成或由飛輪、電機組成。反饋裝置包括安裝在曲軸上地旋轉編碼器213a、213b及伺服電機301和拉伸墊絲桿302b下設置旋轉編碼器301a、306及液壓系統(tǒng)的壓力傳感器，進行位置和壓邊力的反饋，反饋信號連接到伺服控制器308上，進行拉伸墊拉伸行程的調整和拉伸墊運行位置的控制、監(jiān)控。拉伸墊設置4套驅動機構300，每個驅動機構300的伺服電機301作為一個伺服軸，設置一個虛擬主軸，伺服控制器308根據預設的曲線和負載向虛擬主軸輸出位置命令，并讀取安裝在壓力機曲柄軸上的控制滑塊運行的旋轉編碼器IOla位置和絲桿302b上旋轉 編碼器位置306位置或伺服電機301上旋轉編碼器位置301a位置的反饋信號，進行伺服拉伸墊的位置控制。讀取安裝在液壓系統(tǒng)的壓力傳感器501的壓力信號進行伺服拉伸墊壓邊力的控制即伺服電機301輸出扭矩的控制，控制拉伸墊的預加速、預建壓。所有伺服軸壓邊力獨立控制并跟隨虛擬主軸進行位置的同步控制。電動伺服拉伸墊具有預加速、預建壓及下死點位置的鎖緊的功能。頂冠201在設定的行程等待位置，伺服控制器308輸入滑塊運行曲柄軸上的編碼器的位置指令，當滑塊運行到一定的位置，伺服電機301輸出扭矩，通過驅動機構300帶動頂冠向下加速運行，至設定的預加速位置時壓邊圈103與上模102接觸，此時預加速功能結束?；瑝K壓住頂冠一起向下運行，伺服電機輸出反向扭矩，建立壓邊力，至設定的預建壓位置，壓邊力達到設定值，預建壓功能結束?；瑝K帶動頂冠進入有效拉伸行程，此時由位置控制轉換為壓邊力的控制，伺服控制器根據壓力反饋信號控制伺服電機的輸出扭矩，從而控制拉伸墊的壓邊力。伺服控制系統(tǒng)設置2套伺服控制器308，I套用于實時控制功能，另一套用于監(jiān)測系統(tǒng)是否運行正常及當前未知狀態(tài)?？刂破?08實施地監(jiān)控來自伺服電機上301的編碼器301a和絲桿上的旋轉編碼器306的反饋信號及壓力傳感器上的壓力信號，通過既定的規(guī)則來評估風險，如果任何一個控制器308發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)或是非預期運動，則系統(tǒng)就會停止運動。如圖7所示的本實用新型的一種實施形態(tài)的電動伺服拉伸墊的運動導向圖，在底座上設置8條導軌107，頂冠201上設置8條導軌202。導軌107、202之間有一定的間隙，在頂冠上下運行時起導向作用，確保頂冠運行的精度穩(wěn)定。如圖8、9所示示的本實用新型的一個實施形態(tài)的電動伺服拉伸墊落到底限位裝置圖，在底座上安裝行程限位開關110，在頂冠上裝有的限位塊203，支架108上裝有拉伸墊落到底緩沖裝置111，底座上安裝拉伸墊零位確認機械定位裝置112。當頂冠201下落接觸到緩沖裝置111時，緩沖裝置111吸收頂冠201運動的能量，減小落到底時的沖擊。當頂冠落到底時，頂冠201上的限位塊203壓住限位開關110，限位開關110發(fā)信號，停止頂冠201的運行。頂冠落到底時，調整頂冠201的與工作臺的平行度，達到設計要求時，調整拉伸墊的零位確認定位裝置112，使其與頂冠201底面完全接觸，以此為頂冠201的零位，校正伺服電機的編碼器301a和絲桿的編碼器306起始位置。上述實施例所述是用以具體說明本專利，文中雖通過特定的術語進行說明，但不能以此限定本專利的保護范圍，熟悉此技術領域的人士可在了解本專利的精神與原則后對 其進行變更或修改而達到等效目的，而此等效變更和修改，皆應涵蓋于權利要求范圍所界定范疇內。
權利要求1.一種電動伺服拉伸墊，包括頂冠和支架，其特征在于所述支架下部側面連接有伺服電機，所述頂冠下方連接有伺服電機驅動機構，所述伺服電機驅動機構包括絲桿軸和與絲杠軸相配合的絲母，所述絲母連接在頂冠的底部，所述絲杠軸通過軸承豎直連接在支架底部，絲杠軸的下端和伺服電機的驅動軸上均連接有帶輪且?guī)л喼g設置有同步帶，所述伺服電機電連接有伺服驅動器、能量回饋儲存裝置和伺服控制器。
2.根據權利要求I所述電動伺服拉伸墊，其特征在于所述絲母與頂冠之間設置液壓緩沖裝置，所述液壓緩沖裝置連接有測定頂冠產生的壓邊カ的負荷測定裝置，所述負荷測定裝置信號連接伺服控制器。
3.根據權利要求I所述電動伺服拉伸墊，其特征在于所述伺服電機的驅動軸和絲桿軸設置有旋轉編碼器，所述旋轉編碼器連接伺服控制器，所述伺服控制器接收旋轉編碼器的位置反饋信號并對拉伸墊拉伸行程和運行位置進行控制。
4.根據權利要求I所述的電動伺服拉伸墊，其特征在于所述能量回饋儲存裝置包括與電網連接的整流回饋單元和連接在伺服驅動器與整流回饋單元之間的直流母線上的儲能裝置。
5.根據權利要求I所述電動伺服拉伸墊，其特征在于該拉伸墊設置有限位裝置，所述限位裝置包括設置在頂冠側面的限位塊，支架下部側面設置有在限位塊行程末端可碰觸到的限位開關，頂冠下方的支架底部上設置有緩沖裝置和零位確認定位裝置。
6.根據權利要求I所述電動伺服拉伸墊，其特征在于所述頂冠和支架側面設置有導向裝置，所述導向裝置為導軌。
7.根據權利要求I所述電動伺服拉伸墊，其特征在于所述絲桿軸下端設置有氣動或液壓控制的制動裝置。
8.根據權利要求I所述電動伺服拉伸墊，其特征在于所述伺服電機與伺服驅動器之間連接有動態(tài)制動單元。
9.根據權利要求I所述電動伺服拉伸墊，其特征在于所述伺服控制器設置有UPS系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型的一種電動伺服拉伸墊，包括頂冠，頂冠連接有伺服電機驅動機構，伺服電機驅動機構包括設置在支架底座上的伺服電機和連接在支架上的絲桿軸，伺服電機的驅動軸和絲桿軸上均連接有帶輪且?guī)л喼g連接有同步帶，絲桿軸上設置有連接在頂冠上的絲母；所述伺服電機電連接有伺服驅動器、能量回饋儲存裝置和伺服控制器。本實用新型的有益效果是與壓力機滑塊相結合可以實現(xiàn)工件拉伸變形所需任意壓邊力，而且在拉伸工作過程中將機械能轉換為電能，節(jié)約大量的電能，尤其可實現(xiàn)汽車車身制造所需的高強度鋼、復合成型材料、鋁合金、難成形材料等高精度、難成形的汽車零件的拉伸成型。
文檔編號B21D22/22GK202527572SQ20122015069
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權日2012年4月11日
發(fā)明者劉偉, 盧建生, 張世順, 張志剛, 江秀花, 陳金勇 申請人:濟南二機床集團有限公司