一种大吨位的金属折弯传动机构

1.本实用新型涉及数控折弯领域，特别是一种大吨位的金属折弯传动机构。


背景技术：

2.目前数控板材折弯设备按照工艺特点，适用范围，自动化程度的不同主要分为数控折弯机和数控折弯中心两种。数控折弯机和数控折弯中心均包括上横梁、上横梁升降驱动装置和设置在上横梁底部的上模。
3.目前，针对80吨以上数控折弯设备的上横梁升降驱动装置，国内、国外市场主要是以液压驱动为主。受限于制造成本，传动技术，数控系统，整机结构等等方面因素的影响，机械式全电伺服目前还是空白。上述液压驱动的优点是，能适用于80吨以上的大吨位，易于实现大幅面、厚板的折弯加工。然而，也存在着，如下不足：
4.1、噪声大、能耗高、液压油渗漏和污染环境。
5.2、成本较高，因为液压油缸、阀组、液压泵等高精密零件成本较高，其中阀组，液压泵部件中高端市场几乎完全依赖于进口，成本高。
6.3、精度不高，液压系统位置精度控制存在先天的劣势，位置可控性差。
7.4、寿命低，元器件磨损，液压油路污染，都容易对液压系统稳定性产生不良影响。
8.5、滑块动作冲击大，不平缓。
9.6、受环境的温度、湿度、灰尘等因素影响较大。
10.7、运动控制复杂。
11.8、控制系统依赖进口。
12.9、加工效率低。
13.为解决上述液压驱动方式的不足，近几年而发展起来的技术，主要是在小吨位全电伺服折弯机(主流的30～40吨)，一般不超过50吨。而目前小吨位的机械全电伺服折弯机大多采用重载滚珠丝杆(直接驱动，无连杆机构)驱动方式。这种驱动方式的有点为：结构简单、机械传动效率高、速度快、精度高、同时完美的克服了液压传动的诸多问题。然而，也存在着如下方面的不足：
14.1、对机床的加工制造精度高。
15.2、无连杆机构进行增力，因此仅适合50吨以下的小吨位折弯机。
16.3、功率利用率低，所需驱动电机功率大，也增加了成本。
17.4、由于丝杆和上横梁、机架都是刚性连接，两侧驱动不能进行同步调整。因而，滚珠丝杆两侧平行度调整因不同步，会导致丝杆弯曲，损坏丝杆。
18.5、噪声大。
19.然而，目前80吨及以上市场占有率达到80％以上市场份额。因而，如何使机械式全电伺服取替传统液压传动，实现节能环保且重载高精的传动机构，成为金属板材加工行业发展的新方向。其中，重载是指80吨及以上，高精是指板材折弯的成型角度精度，精度在0.5度以内，且相应的上模定位精度达到0.025mm(比如板料折弯的角度误差0.5度，对应的上
模，即上横梁的定位精度0.025mm)。


技术实现要素：

20.本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种大吨位的金属折弯传动机构，该一种大吨位的金属折弯传动机构能实现80吨及以上重负荷的上横梁的升降驱动，且驱动噪音小。
21.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
22.一种大吨位的金属折弯传动机构，包括压臂、连杆、铰接支座、压杆、移动件、丝杆、螺母和螺母旋转驱动装置。
23.金属折弯传动机构用于驱动金属板材折弯设备中上横梁的高度升降。
24.压臂的数量为两块，对称布设在金属板材折弯设备的机架两侧上部。
25.每块压臂朝向上横梁的前端部均与所述连杆的顶端相铰接，连杆底端均与上横梁相铰接。
26.每块压臂的中部均铰接在铰接支座上，铰接支座固定安装或一体式设置在机架上。
27.每块压臂背离上横梁的后端部均与压杆的顶端相铰接，压杆的底端均与移动件相铰接。
28.移动件安装在丝杆的前端。
29.螺母螺纹套设在丝杆上，并与丝杆形成丝杆螺纹副配合；螺母还通过轴承座安装在机架上，并能在螺母旋转驱动装置的驱动下旋转，螺母旋转驱动装置包括伺服电机。
30.移动件为滑动块，滑动块与丝杆前端相铰接或固定连接。
31.滑动块滑动安装在机架上，并与机架之间形成为滑动副连接；滑动块水平设置或倾斜设置。
32.每根压杆的长度均能够伸缩。
33.移动件为支撑杆，压杆底端与支撑杆上部铰接，支撑杆下部铰接在机架上；丝杆前端至少与压杆和支撑杆中的一个相铰接。
34.丝杆前端与压杆底端和支撑杆顶端同时相铰接。
35.支撑杆具有三个铰接点，支撑杆的三个铰接点分别与压杆底端、丝杆前端和机架相铰接。
36.压杆具有三个铰接点，压杆的三个铰接点分别与压臂、丝杆前端和支撑杆相铰接。
37.丝杆上设置有沟槽，轴承座中设置有与沟槽相配合的导向键。
38.丝杆为滚珠丝杆。
39.本实用新型具有如下有益效果：
40.1、全电伺服电机取替传统液压，节能，环保。
41.2、由于机构的非线性运动特性，所以适合大吨位。
42.3、低噪声，由于螺母旋转，丝杆不旋转，故而相对噪声降低，通常能降低5-10db，因而无噪声污染。
43.4、由于机架的受力点更合理，本技术通过压臂将机架的受力点转移到机身靠中间的位置，无附加弯矩，因此结构受力合理，且无应力集中点，刚度可靠。
44.5、便于加工，制造，安装，由于丝杆不需要旋转，与压杆，支撑杆，滑块等零件的连接简单很多。
附图说明
45.图1显示了本技术一种大吨位的金属折弯传动机构实施例1的立体图，图1(a)为立体图一，图1(b)为立体图二。
46.图2显示了本技术实施例1中滑动块倾斜设置且滑动块与丝杆前端固定连接时的原理图。
47.图3显示了本技术实施例1中滑动块倾斜设置且滑动块与丝杆前端相铰接时的原理图。
48.图4显示了本技术实施例1中滑动块水平设置且滑动块与丝杆前端相铰接时的原理图。
49.图5显示了本技术一种大吨位的金属折弯传动机构实施例2的立体图，图5(a)为立体图一，图5(b)为立体图二。
50.图6显示了本技术实施例2中移动件为支撑杆时的原理图。
51.图7显示了本技术实施例2中移动件为支撑块时的原理图。
52.图8显示了本技术中螺母旋转驱动装置第一种实施例的立体图。
53.图9显示了本技术中螺母旋转驱动装置第一种实施例的剖面图。
54.图10显示了本技术中螺母旋转驱动装置第二种实施例的立体图。
55.图11显示了本技术中螺母旋转驱动装置第二种实施例的剖面图。
56.图12显示了本技术中压杆具有三个铰接点时的原理图。
57.图13显示了本实用新型中连杆的结构示意图；其中，图13(a)为连杆三维图，图13(b)为连杆正视图二，图13(c)为图13(b)的a-a剖面图。
58.图14显示了本实用新型中连杆的伸缩原理图；其中，图14(a)为连杆正常状态原理图，图14(b)为连杆伸长状态原理图，图14(c)为连杆收缩状态原理图。
59.图15显示了本实用新型中连杆长度能调节时的速度特性曲线和力特性曲线图。
60.图16显示了本实用新型中压臂采用两块钢板焊接时的结构示意图。
61.其中有：
62.10.机架；11.侧板；12.上横梁；
63.20.连杆；21.螺杆；22.连接耳；
64.30.压臂；31.铰接支座；
65.40.压杆；
66.51.滑动块；52.支撑杆；53.支撑块；
67.60.丝杆；61.沟槽；
68.70.螺母；71.轴承座；72.轴承；73.导向键；
69.80.伺服电机；81.小带轮；82.大带轮；83.同步带。
具体实施方式
70.下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
71.本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。
72.实施例1
73.如图1所示，金属板材折弯设备包括机架10和上横梁12，其中，机架包括两块对称的侧板11，上横梁位于两块侧板正前方，且能沿两块侧板进行高度升降，本发明中的金属折弯传动机构，则用于驱动上横梁的高度升降。
74.如图1和图5所示，一种大吨位的金属折弯传动机构，包括连杆20、压臂30、铰接支座31、压杆40、移动件、丝杆60、螺母70和螺母旋转驱动装置。
75.压臂的数量为两块，对称布设在金属板材折弯设备的机架两侧上部，优选位于两块侧板的顶部上方。
76.上述压臂相当于一个杠杆，以铰接支座为支点，上述移动件、丝杆60、螺母70和螺母旋转驱动装置的组合，能使得压臂上下转动或摆动，带动连杆运动，进而驱动上横梁上下运动。同时，还能将机身的受力点转移到铰接支座的位置，大幅提升机架的刚度和强度，这对于大吨位全电伺服驱动极为重要。
77.为提升强度和刚度，每块压臂均设置为中间高，两侧低的形状，本实施例中均优选三角形，具有顶角、底角一和底角二。其中，顶角朝上，底角一朝向上横梁，也即顶角位于两个底角连接线之上。
78.每块压臂可以均采用如图1所示的单块钢板，通过焊接或铸造等工艺制成。当然，作为替换，也可采用如图16所示的平行布设的两块钢板通过铰接轴连接而成。另外，每块压臂也可采用其他已知的形状，如果能实现本案的动作原理，视为等同，也在本技术的保护范围之内。
79.每块压臂朝向上横梁的前端部均与连杆的顶端相铰接，连杆底端均与上横梁相铰接。
80.每根连杆的长度优选能够调整，如图13所示，每根连杆均包括螺杆21和螺纹连接在螺杆上下两端的两个连接耳22。其中，螺杆的上下两端螺纹是反向的，旋转螺纹可以调整两端连接耳之间的尺寸。位于螺杆顶端的连接耳用于与压臂相铰接，位于螺杆底端的连接耳用于与上横梁相铰接。
81.图15为本技术中连杆长度能调节时的速度特性曲线和力特性曲线图。连杆长度不同，则上模接触板材的位置不同，如点a和b。比如，当连杆较长时，接触板材在a点；连杆较短的时候，接触板材为b点。而a、b两点的速度特性和力特性不同。其中a的速度比b点高，但是力输出要小；b点的速度比a点低，但是力输出高于b点。通过连杆长度的调整可以适应于不同的工况。
82.另外，在图14中，因为压臂铰接点a(压臂与铰接支座的铰接点)和压臂铰接点b(压臂与连杆的铰接点)之间距离较大，因此压臂摆动下压时，相应的连杆的摆动角度较小，折弯角度优选为12.5
°
(该角度可能因实际机构工作情况而有所偏差)。因而，连杆长度的变化
对整个机构的特性影响较小，所以该机构的连杆适合设计成长度可调的零件，且适合小角度折弯。
83.每块压臂的中部均铰接在铰接支座上，铰接支座可以固定安装在机架上，也可以作为机架的一部分，也即与机架一体设置。
84.铰接支座形状不局限图示形状，任何基于本案技术方案，能够实现基本动作原理的具体结构均在本案保护范围内，视为等同。
85.每块压臂背离上横梁的后端部均与压杆的顶端相铰接，压杆的底端均与移动件相铰接。
86.上述丝杆优选为滚珠丝杆，移动件安装在丝杆的前端，移动件为滑动块。
87.如图2所示，滑动块可以与丝杆前端固定连接。作为替换，滑动块可以与丝杆前端相铰接，具体如图3所示。
88.如图8和图9所示，螺母螺纹套设在丝杆上，并与丝杆形成丝杆螺纹副配合；螺母还通过轴承座71安装在机架上，并能在螺母旋转驱动装置的驱动下旋转。
89.上述轴承座铰接(或者固定安装)在机架上，轴承座的内壁面嵌设有轴承72，轴承套设在螺母外周。轴承座能使螺母轴向位置保持不变的情况下，且外壁面无摩擦自由旋转。
90.上述的螺母，丝杆采用现有技术的螺母旋转式丝杆视为等同，在权利保护范围之内。
91.上述丝杆、螺母和轴承座，在本案的技术原理基础上进行的结构细节的调整，改变视为等同，在本案的权利保护范围之内。
92.上述螺母旋转驱动装置为现有技术，可以由伺服电机直接驱动，也可通过同步带或齿轮减速等已知的旋转驱动方式。本实施例中，优选采用伺服电机和同步带驱动。具体设置方式如图8和图9所示，螺母一侧的丝杆外周同轴套设一个大带轮82，安装在机架或轴承座顶部的伺服电机80的输出轴前端安装小齿轮81，小带轮和大带轮之间通过同步带实现同步旋转。
93.进一步，如图10和图11所示，丝杆上设置有沟槽61，轴承座中设置有与沟槽相配合的导向键73，从而能对丝杆的轴向位移进行限位，也即使其只能轴向伸缩，而不能旋转。作为替换，沟槽的数量可以为沿丝杆周向设置的二个或多个，导向键的数量也可以为沿轴承座内壁周向设置的二个或多个。上述导向键和沟槽形成移动副配合，其余的花键型和面配合等已知的导向方式视为等同。
94.进一步，滑动块滑动安装在机架上，并与机架之间形成为滑动副连接。滑动块可以水平设置，如图4所示，也可以倾斜设置，如图2和图3所示。
95.另外，采用整体的螺母旋转式丝杆，与本案具有等同的技术效果，也在本案的保护范围之内。
96.实施例2
97.如图5至图7所示，一种大吨位的金属折弯传动机构，包括连杆20、压臂30、铰接支座31、压杆40、移动件、丝杆60、螺母70和螺母旋转驱动装置。
98.上述压臂20、连杆30、铰接支座31、丝杆60、螺母70和螺母旋转驱动装置的结构，与实施例1基本相同，这里不再赘述。
99.不同点在于，压杆和移动件的结构不同，移动件为支撑杆52，压杆底端与支撑杆上
部铰接，支撑杆下部铰接在机架上；丝杆前端至少与压杆和支撑杆中的一个相铰接。
100.压杆和支撑杆，优选具有如下三种实施例。
101.第一种实施例
102.如图6所示，丝杆前端与压杆底端和支撑杆顶端同时相铰接，也即丝杆、压杆和支撑杆相铰接于一点。
103.第二种实施例
104.如图7所示，支撑杆具有三个铰接点，支撑杆的三个铰接点分别与压杆底端、丝杆前端和机架相铰接。支撑杆的三个铰接点可以处于同一条直线上，也可以呈三角形布置。
105.进一步，上述支撑杆为呈三角形的支撑块53，支撑块的三个角分别为顶角、侧角和底角，支撑块的顶角与压杆底端相铰接，支撑块的侧角与丝杆前端相铰接，支撑块的底角与机架相铰接。
106.第三种实施例
107.如图12所示，压杆也优选呈三角形，具有三个铰接点，压杆的三个铰接点分别与压臂、丝杆前端和支撑杆相铰接。压杆的三个铰接点可以处于同一条直线上，也可以呈三角形布置。
108.本技术还具有如下特有的有益效果：
109.1、全电伺服电机取替传统液压，节能，环保：
110.以50000台市场保有量计算：
[0111][0112]
按照每吨煤发电3333度，相当于一年节省燃煤：
[0113]
全国煤消耗量按照8.7亿吨，那么约占全国煤消耗量的3.3万分之。还是很可观的。
[0114]
节省液压油。液压驱动每年更换一次液压油，每次更换量约为300l
[0115][0116]
2、由于机构的非线性运动特性，所以适合大吨位：
[0117]
采用同样的2个7.5kw驱动电机，普通的滚珠丝杠直接进行驱动，只能能达到30-40吨。而采用本案机构，得益于机构的非线性特性，在加工效率相同情况下，吨位能够达到80-120吨。
[0118]
3、由于机架的受力点更合理：
[0119]
机架的强度、刚度更好。尤其传动部件相对于机架的两侧板中心对称布置时(优选对称布置，但是不局限)，机架的两侧板不受弯曲载荷(板状构件受到弯曲载荷容易产生失稳，严重影响结构的强度)。有很多机构，由于结构空间限制，不能关于两侧板中心布置，机架侧板承受扭曲负载，极易引起机架的失稳，刚度、强度不能保证。
[0120]
本技术通过压臂将机架的受力点转移到机身靠中间的位置，无附加弯矩，因此结构受力合理，且无应力集中点。刚度可靠；
[0121]
机架和压臂为最关键的零件。由于压臂横向设置在机架的上部，因此空间布局合理，可以设计成中间高，两端低的形状(如前所述的三角形)，不难满足结构的刚度和强度要
求，更容易实现大吨位机床的结构设计。
[0122]
4、运动学逆解更加简单，易于控制：
[0123]
更容易实现运动学逆解，能够获得显式解析解，运动过程能够实现精确控制，无需数值解的多次迭代。传动机构的运动学逆解，即根据上横梁所需的位置，通过解析法求得驱动电机的转角，这是实现高动态特性，高精控制的前提。而现有的机构由于机构自身特点，没有办法求得运动学逆解的解析解，只能通过数值迭代的方式求得，其控制系统运算量很大，需要消耗很大的控制系统资源，很难保证控制系统轨迹控制的实时性和精确性，严重影响速度，因此不能实现高动态特性，高精的控制。
[0124]
5、低噪声，无噪声污染。
[0125]
6、外形紧凑，更加美观：结构布局合理，传动部件可以设置在机架两侧板之内，不突出到机架的外面，因此整机的外形更加美观，提高产品竞争力。
[0126]
7、连杆长度设置成可调，连杆长度可以手动或自动调节。连杆长度不同，则上模接触板材的位置不同，如图15中的点a和b。比如，当连杆较长时，接触板材在a点；连杆较短的时候，接触板材为b点。而a、b两点的速度特性和力特性不同。其中a的速度比b点高，但是力输出要小；b点的速度比a点低，但是力输出高于b点。当折弯小尺寸轻载金属板材的时候，可以适当将连杆调长，实现更高速度；反之，大尺寸重载，可以适当将连杆调短。
[0127]
8、机构布局更加合理，连杆，压臂突出横梁前方很少，因此能够实现小角度大幅面板材的折弯，而不至于发生板材和传动机构的碰撞干涉，可以实现12*2＝24度，甚至更小角度的折弯。
[0128]
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。