20070403183—王凯—数控转塔冲床主传动的设计.doc

1 前言 1.1 课题背景与意义 数控转塔冲床（Numerical Control Turret Punch Press）集机、电、液、气于一体化，是一种用来对钣金成型或分离的数控加工设备，其具有转塔模具库，可实现自动旋转换模，所以称为转塔冲床。数控转塔冲床主传动系统是提供冲头冲压板材的动力源，主传动部分的冲压频率直接影响着数控冲床的生产频率，因此，主传动部分的发展状况决定着数控转塔冲床的发展状况，也一直是生产厂家和用户关注的焦点问题。 目前，国内冲床设备生产厂家生产的冲床主要采用机械式主传动和液压式主传动。机械式主传动系统的原理是使用普通电机来驱动曲柄滑块机构来完成冲压过程，这类形式的数控冲床冲压行程固定，冲压速度也无法得到提高，另外耗电量和冲击噪音都比较大，因此很多厂家和用户都已经不在使用这类冲床。液压式的主传动系统的原理是使用液压泵来提供动力驱动冲头完成冲压过程，这类冲床虽然弥补了机械式主传动冲床的一些不足，但是也有着它自身的缺点，比如对环境温度要求较高、耗电量大等。 然而，新兴的伺服电机驱动式主传动既具有机械式主传动结构可靠的特点，也兼备了液压式主传动的诸多特性，拥有无法比拟的优越性，这一传动方式目前仅掌握在国外少数生产数控转塔冲床的厂家手中。 因此，本课题紧跟国外必威体育精装版技术，研究伺服电机驱动的数控转塔冲床，对于提高国内数控冲床的市场竞争力具有一定的现实意义。 1.2 数控转塔冲床国内外研究现状 当前，国际上对伺服主传动机构的研究主要有两种：一种是由伺服电动机带动丝杠旋转，使多杆机构推动滑块完成冲压工作；另一种是由伺服电动机带动曲柄旋转，使多杆机构推动滑块实现冲压过程。具体来说，国内与国外在这一领域的研究进展差距很大。 1.2.1 国内研究现状 上世纪八十年代国内研制出第一台数控转塔冲床，采用的是机械式主传动技术，即普通电机通过带传动驱动飞轮，再由飞轮通过离合器驱动曲柄连杆机构，实现冲压运动。上世纪九十年代末，随着液压技术的发展，国内首次将液压技术运用到数控转塔冲床上，采用液压式主传动实现冲压，研制出了第一台液压数控转塔冲床。进入二十一世纪，由于国外对新型的冲压方式展开了一系列的研究，国内相关人士和数控冲床生产厂商也纷纷开始关注伺服主传动的研究。如今，此项研究在国内仍然只是停留在对国外设备的改造上，并没有实质性的研究进展[1]。 相对于国外来说，国内数控冲床生产厂家在产品研制过程中，缺乏对关键系统和机械零部件的系统分析和量化计算，因此虽然可以实现某些功能，但整机质量以及系统综合性能缺乏优化。同时缺乏对产品的设计方法的系统研究，一些产品的研制只是应付市场或是某种设备改造，特别是在产品的虚拟设计制造技术、控制技术、专业计算方法等方面落后，致使产品的创新和原创能力相比国外比较缺乏。 1.2.2 国外研究现状 在国际数控锻压设备制造领域，目前主要有代表性的制造商有日本AMADA公司、日本Muratec公司、芬兰FINN—POWER、比利时LVD、德国Trumpf等。近十年技术发展的特征同样表现在高精度、高速度和高度集成几个方面，同时加工设备中的一些动力驱动和控制技术不断创新，由早期机械传动、液压伺服传动向全私服发展，设备的控制能力得到加强的同时，加工速度成倍提升。 上世纪末，已有一些厂商研制出全伺服电机驱动的数控转塔冲床（与传统控制转塔冲床相比X、Y、T和C轴均为伺服电机驱动外，其主传动也是伺服电机驱动）。日本AMADA公司推出的全伺服数控转塔冲床采用了其自主研发的主传动形式，其中的伺服电机是将标准电机与减速器结合特制而成，采用双伺服电机驱动曲柄摇杆机构以实现冲压过程。这种主传动具有结构简单、高速冲压等优点，但由于其自制的伺服电机性能还十分不稳定，其整机性能有待进一步提高。 1.3 课题研究主要内容 本文参照村田MOTORUM2048UT数控伺服电机驱动式多工位冲床的技术要求，对数控转塔冲床进行设计，主要完成以下几项工作： 主传动系统的结构设计。分析比较各种机构的优缺点，确定结构形式； 对肘杆机构进行运动学和动力学分析，确定杆件的长度，选择合适的伺服电机，利用MatLab软件绘制出关系曲线图； 主传动系统控制电路的设计。 1.4本章小结 本章介绍了课题的背景及选题意义，总结了目前国内外在研究数控转塔冲床方面的现状，最后给出了课题研究的主要内容。 2 数控转塔冲床主传动系统及结构选型 2.1 数控转塔冲床主传动系统介绍 作为金属板材加工关键设备的数控转塔冲床，至今已有将近六十年的应用和发展，数控转塔冲床的关键核心技术之一的主传动系统也在不断地被一步一步的改进，以适应现在加工理念的需要。 至今为止，数控转塔冲床的主传动系统主要有三种结构形式：机械式主传动系统、液压式主传动系统和伺服电机式主传动系统。下面分别介绍一下。 2.1.1 机