直线电机驱动的数控双工位卧式冲压机

秦培亮，王 洋，窦云霞

（1.苏州农业职业技术学院信息与机电工程系，江苏苏州 215008；2.苏州大学机电学院，江苏苏州 215021）

直线电机驱动的数控双工位卧式冲压机

秦培亮1，王 洋1，窦云霞2

（1.苏州农业职业技术学院信息与机电工程系，江苏苏州 215008；2.苏州大学机电学院，江苏苏州 215021）

创新设计了1种直线电机驱动的数控双工位卧式冲压机，对其组成情况、工作原理进行了介绍，并分析了其优点及其创新设计点，该冲压机能够实现力及行程的放大。此外，由于采用双工位同时冲压的方式，生产效率得以大幅度提高，采用卧式布局，相对于传统的立式冲压机床，重心低，稳定性好，具有比较广阔的应用前景。

直线电机；数控；肘杆机构；冲压机

0 引言

直线电动机是近年来研究发展的新型电机之一，是一种将电能直接转换成直线运动的动力装置。直线电机具有许多突出的优点，如起动性能好、维护方便、结构简单等，在某些场合，直线电机有其独特的应用，是旋转电机所不能代替的。直线电机尤其适合应用于需要频繁往复运动、具有适当推力、合适的运动速度以及适当的定位精度的场合，文献[1-5]对直线电机的应用情况作了介绍。

传统的机械冲压机一般是立式的，在立式冲压机上实现双工位冲压或多工位冲压比较困难，一般需要一个数控工作台，而采用数控工作台的双工位立式冲压机，结构比较复杂，工作台的刚性比较差，而且整个系统的造价也比较高。现代制造业，特别是电子电器、通信等产品的制造，对高效率、小功率的自动化冲压机的需求越来越迫切，而传统的机械冲压机显然不能够满足这种需求。本文在此基础上将直线电机与机械增力机构进行组合，创新设计了1种直线电机驱动的数控双工位卧式冲压机，满足上述行业对该类设备的需求。

1 直线电机驱动的数控双工位卧式冲压机的组成

直线电机驱动的数控双工位卧式冲压机由伺服直线电机，两轴联动数控系统，两副对称铰接的肘杆，两个对称的冲头滑块与冲压工位等组成。伺服直线电机的定子固定在地面上，而伺服直线电机的动子固定连接在铰支座上，两付肘杆的一端铰接在铰支座上，另一端连接在冲头滑块上。该冲压机床采用卧式双工位对称布局，在两个冲头滑块的外侧与模具之间，设置有对带状板料进行导向的导槽。

2 直线电机驱动的数控双工位卧式冲压机的工作原理

直线电机驱动的数控双工位卧式冲压机的工作原理如图1及图2所示，图1所示为冲压机的待冲压状态，当伺服直线电机在两轴联动数控系统的控制下输出动力后，带动两个动子朝相反的方向运动，即动子3向下运动，动子4向上运动，此时通过铰支座有一个力作用于肘杆上，利用铰杆的角度效应对该力进行放大，放大的力作用于冲头滑块上，在导向槽的作用下很方便的冲压出所需的工件，待冲压结束后如图2所示为工件冲压机结束时机床的工作状态。

图1 直线电机驱动的数控双工位卧式冲压机（待冲压状态）

在实际使用中，可以发现，图2所示冲压结束状态时肘杆机构处于水平状态，在实际使用过程中可以根据具体生产情况及场地的要求进行适当的更改，使得肘杆机构与水平状态有一定的角度，这样可以增大或者减小冲头滑块的行程。

图2 直线电机驱动的数控双工位卧式冲压机（冲压结束状态）

3 力学计算

直线电机驱动的数控双工位冲压机的冲压力的计算公式为：

其中：Fi——直线电机的电磁力；

α——铰杆增力机构理论压力角（如图1示），

ηM——机构的机械效率；

r——铰链中心距；

l——铰链轴的半径；

f——铰链副的摩擦系数。

4 直线电机驱动的数控卧式双工位冲压机的优点及创新点

本冲压机由于采用了伺服电机驱动，而伺服电机具有反复过载的功能，可以形成“电子飞轮”效应，因而相对于传统的机械冲压机，省去了结构复杂而笨重的机械飞轮。

通过在直线电机的定子上配置两个数控同步联动的动子，使得本来由复杂的机械传动装置来实现的对称同步运动变得智能化与柔性化；这两个动子的对称同步运动，通过对称肘杆传递给两个冲头滑块，从而构成了一种新型的数控双工位冲压机。该冲压机具有传统机械冲压机中的肘杆机构，能够在冲压工作过程中，实现力放大；也能够在冲头返回时，实现行程放大。由于采用完全对称的受力设计，冲头滑块所受的侧向力理论上为零。因此，相对于传统的承受侧向力的机械冲压机，其冲头滑块的使用寿命得到了大幅度提高。此外，由于采用双工位同时冲压的方式，生产效率得以大幅度提高。由于机床采用卧式布局，相对于传统的立式冲压机床，重心低，稳定性好；此外，利用伺服电机的“电子飞轮”效应，在电机输出功率相同的条件下，可以使冲头的输出力提高4～5倍，而且不存在传统机械冲压机中的笨重的飞轮。

5 结束语

本文介绍的1种直线电机驱动的数控双工位卧式冲压机，功能较为完善，具有明显增力效果，对称结构，双工位加工效率高，冲头的工作速度曲线可以由数控编程来进行设计，在冲压过程即将结束时，让冲头进行适当减速，以吸收受力部件的弹性变形能量，能够使得冲压噪声得到大幅度降低实现所谓“静音”冲压。

［1］秦培亮，王洋，钟康民.基于直线电机驱动的恒增力杠杆与二次正交toggle机构的压紧装置［J］.机械制造，2013，2（51）：75-76.

［2］柏青，钟康民.基于直线电机驱动的双作用双级传动增压装置［J］.液压与气动，2007（9）：38-39.

［3］陈辉，顾军，钟以波，等.基于直线电动机驱动的绿色夹具［J］.金属加工，2012（9）：53.

［4］钟以波，顾军，钟康民，等.直线电机驱动的过临界点自锁夹紧绿色装置［J］.轻工机械，2012（2）：27-29.

［5］梁宇，王寅，黄卫清.一种用于S型压电直线电机的新型驱动电源 ［J］.机电工程，2013（12）：1520-1523.

［6］林文焕，陈本通.机床夹具设计［M］.北京：国防工业出版社，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，江苏铜山人，硕士，讲师。研究领域：复合传动及机械设计制造等。已发表论文15篇。

(编辑：阮 毅)

2014－05－27