直線電機驅動的數控雙工位臥式沖壓機

秦培亮，王 洋，竇云霞

（1.蘇州農業職業技術學院信息與機電工程系，江蘇蘇州 215008；2.蘇州大學機電學院，江蘇蘇州 215021）

直線電機驅動的數控雙工位臥式沖壓機

秦培亮1，王 洋1，竇云霞2

（1.蘇州農業職業技術學院信息與機電工程系，江蘇蘇州 215008；2.蘇州大學機電學院，江蘇蘇州 215021）

創新設計了1種直線電機驅動的數控雙工位臥式沖壓機，對其組成情況、工作原理進行了介紹，并分析了其優點及其創新設計點，該沖壓機能夠實現力及行程的放大。此外，由于采用雙工位同時沖壓的方式，生產效率得以大幅度提高，采用臥式布局，相對于傳統的立式沖壓機床，重心低，穩定性好，具有比較廣闊的應用前景。

直線電機；數控；肘桿機構；沖壓機

0 引言

直線電動機是近年來研究發展的新型電機之一，是一種將電能直接轉換成直線運動的動力裝置。直線電機具有許多突出的優點，如起動性能好、維護方便、結構簡單等，在某些場合，直線電機有其獨特的應用，是旋轉電機所不能代替的。直線電機尤其適合應用于需要頻繁往復運動、具有適當推力、合適的運動速度以及適當的定位精度的場合，文獻[1-5]對直線電機的應用情況作了介紹。

傳統的機械沖壓機一般是立式的，在立式沖壓機上實現雙工位沖壓或多工位沖壓比較困難，一般需要一個數控工作臺，而采用數控工作臺的雙工位立式沖壓機，結構比較復雜，工作臺的剛性比較差，而且整個系統的造價也比較高。現代制造業，特別是電子電器、通信等產品的制造，對高效率、小功率的自動化沖壓機的需求越來越迫切，而傳統的機械沖壓機顯然不能夠滿足這種需求。本文在此基礎上將直線電機與機械增力機構進行組合，創新設計了1種直線電機驅動的數控雙工位臥式沖壓機，滿足上述行業對該類設備的需求。

1 直線電機驅動的數控雙工位臥式沖壓機的組成

直線電機驅動的數控雙工位臥式沖壓機由伺服直線電機，兩軸聯動數控系統，兩副對稱鉸接的肘桿，兩個對稱的沖頭滑塊與沖壓工位等組成。伺服直線電機的定子固定在地面上，而伺服直線電機的動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。該沖壓機床采用臥式雙工位對稱布局，在兩個沖頭滑塊的外側與模具之間，設置有對帶狀板料進行導向的導槽。

2 直線電機驅動的數控雙工位臥式沖壓機的工作原理

直線電機驅動的數控雙工位臥式沖壓機的工作原理如圖1及圖2所示，圖1所示為沖壓機的待沖壓狀態，當伺服直線電機在兩軸聯動數控系統的控制下輸出動力后，帶動兩個動子朝相反的方向運動，即動子3向下運動，動子4向上運動，此時通過鉸支座有一個力作用于肘桿上，利用鉸桿的角度效應對該力進行放大，放大的力作用于沖頭滑塊上，在導向槽的作用下很方便的沖壓出所需的工件，待沖壓結束后如圖2所示為工件沖壓機結束時機床的工作狀態。

圖1 直線電機驅動的數控雙工位臥式沖壓機（待沖壓狀態）

在實際使用中，可以發現，圖2所示沖壓結束狀態時肘桿機構處于水平狀態，在實際使用過程中可以根據具體生產情況及場地的要求進行適當的更改，使得肘桿機構與水平狀態有一定的角度，這樣可以增大或者減小沖頭滑塊的行程。

圖2 直線電機驅動的數控雙工位臥式沖壓機（沖壓結束狀態）

3 力學計算

直線電機驅動的數控雙工位沖壓機的沖壓力的計算公式為：

其中：Fi——直線電機的電磁力；

α——鉸桿增力機構理論壓力角（如圖1示），

ηM——機構的機械效率；

r——鉸鏈中心距；

l——鉸鏈軸的半徑；

f——鉸鏈副的摩擦系數。

4 直線電機驅動的數控臥式雙工位沖壓機的優點及創新點

本沖壓機由于采用了伺服電機驅動，而伺服電機具有反復過載的功能，可以形成“電子飛輪”效應，因而相對于傳統的機械沖壓機，省去了結構復雜而笨重的機械飛輪。

通過在直線電機的定子上配置兩個數控同步聯動的動子，使得本來由復雜的機械傳動裝置來實現的對稱同步運動變得智能化與柔性化；這兩個動子的對稱同步運動，通過對稱肘桿傳遞給兩個沖頭滑塊，從而構成了一種新型的數控雙工位沖壓機。該沖壓機具有傳統機械沖壓機中的肘桿機構，能夠在沖壓工作過程中，實現力放大；也能夠在沖頭返回時，實現行程放大。由于采用完全對稱的受力設計，沖頭滑塊所受的側向力理論上為零。因此，相對于傳統的承受側向力的機械沖壓機，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沖壓的方式，生產效率得以大幅度提高。由于機床采用臥式布局，相對于傳統的立式沖壓機床，重心低，穩定性好；此外，利用伺服電機的“電子飛輪”效應，在電機輸出功率相同的條件下，可以使沖頭的輸出力提高4～5倍，而且不存在傳統機械沖壓機中的笨重的飛輪。

5 結束語

本文介紹的1種直線電機驅動的數控雙工位臥式沖壓機，功能較為完善，具有明顯增力效果，對稱結構，雙工位加工效率高，沖頭的工作速度曲線可以由數控編程來進行設計，在沖壓過程即將結束時，讓沖頭進行適當減速，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現所謂“靜音”沖壓。

［1］秦培亮，王洋，鐘康民.基于直線電機驅動的恒增力杠桿與二次正交toggle機構的壓緊裝置［J］.機械制造，2013，2（51）：75-76.

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

［3］陳輝，顧軍，鐘以波，等.基于直線電動機驅動的綠色夾具［J］.金屬加工，2012（9）：53.

［4］鐘以波，顧軍，鐘康民，等.直線電機驅動的過臨界點自鎖夾緊綠色裝置［J］.輕工機械，2012（2）：27-29.

［5］梁宇，王寅，黃衛清.一種用于S型壓電直線電機的新型驅動電源 ［J］.機電工程，2013（12）：1520-1523.

［6］林文煥，陳本通.機床夾具設計［M］.北京：國防工業出版社，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。研究領域：復合傳動及機械設計制造等。已發表論文15篇。

(編輯：阮 毅)

2014－05－27