[发明专利]开关磁阻电动机伺服驱动双肘杆机械压力机的传动系统

说明书

技术领域

本发明属于成形设备制造领域，涉及开关磁阻电动机的伺服控制技术，特别涉及开关磁阻电动机伺服驱动双肘杆机械压力机的传动系统。

背景技术

金属板材成形设备广泛用于汽车、航空航天、电子、通信及家用电器领域中大量板壳零件的生产。特别是随着现代汽车工业生产朝着生产规模化、车型个性化、车型批量相对变小、车型变化快、多车型共线生产、车身覆盖件大型化一体化的发展，传统的加工单一品种的刚性生产线已不适应形势的发展；传统的机械压力机板料冲压时由于冲压速度过高、产品质量差，且无法满足工作柔性可调。特别对高强度钢板的冲压成形传统机械压力机无法满足其工作要求，迫切需要数控新一代机械压力机的开发。鉴于自动控制理论、计算机技术、电子技术、信息技术、电机技术和流体传动技术的飞速发展及其在机械装备中的成功应用，促进了板材成形设备数控化的迅速普及和相应新产品的不断推出，具有高柔性和高效率的自动化冲压设备，是世界冲压技术及装备发展的主要潮流。

目前的通用机械压力机广泛采用的是对心上传动形式曲柄连杆滑块机构。对国产J23-80型公称压力为800kN的通用开式机械压力机进行计算，滑块在工件塑性变形阶段(通常α＝20°～60°)范围内的速度往往超过工件塑性变形所允许的最大速度，在下列材料的板料拉延工艺时，所允许的最大合理速度V分别为：低碳钢0.4m/s、不锈钢0.19m/s、纯铝0.8m/s、硬铝0.2m/s、锌0.76m/s。而钛合金塑性变形时对应变速率极为敏感，如TA15高温变形时应变速率小于1s^-1，Ti60等温变形温度为960℃时应变速率应在0.001s^-1之内。而目前通用机械压力机的最大滑块速度可达0.5～1.5m/s。因此常常无法满足塑性加工对速度的要求，导致在工业实际中往往不得不采用滑块在工件变形阶段速度较低的专用压力机，例如双动拉延压力机或冷挤压机甚至液压机，而这些专用设备结构复杂、造价高、调试模具复杂，使用时能耗大。此外由于机械压力机锻冲工件时的滑块速度过高，势必造成在滑块带动上模向下运动到与下模刚接触时冲击碰撞力大，从而使整机被激发出较大的冲击振动和结构噪声，同时也大大降低了模具的寿命。

美国E.W.Bliss公司研制“Powerbar Press”机械压力机，采用偏心机构，整机总高度可达十几米，很庞大，适合大吨位锻冲工艺之用。但采用这种结构方式对目前现有机械压力机改造时困难较大，因现有的通用型机械压力机采用偏心机构的很少，因此该机构仅适合中大吨位的机械压力机改造时采用，且设备横向尺寸很大。

此外还有齿轮连杆式、椭圆齿轮式及双曲柄式等机构虽然可以满足一定低速锻冲要求，但由于惯性力大无法平衡、或因结构复杂无法在工业实际中大范围的推广使用。

由于机械压力机通过其上安装的模具所完成的往往是中大批量的工业化锻冲生产，故滑块行程次数n往往作为机械压力机的主要技术性能参数，通常不同吨位规格的机械压力机该滑块行程次数n不同。但在工业实际中使用的通用机械压力机的n值每分钟往往高达十几、几十甚至上百次，而高速机械压力机n值最高可达4000次/分。因此简单地依靠多增加一级或几级齿轮减速传动级数或采用交流可变频异步电动机来降低曲柄角速度，实现滑块在工作变形阶段速度的降低(即在0°～360°范围内的每个角度处速度都整体下降)，这样必然会降低滑块行程次数，使生产效率降低，同时也会大幅度降低飞轮速度，从而削弱飞轮提供瞬时高变形能的作用(由于机械压力机在工件塑性变形过程中的工件塑性变形功的80％都是依靠飞轮动能的变化提供的)，使机械压力机无法发挥公称压力，严重时会因飞轮速度降低太大而导致在工件变形阶段电动机烧坏或发生闷车事故。此外，采用变频器对普通的交流电动机进行控制时造价较高，例如在进行变频振动下料的研究时采用的普通7.5kW交流异步电动机售价仅为1000多元人民币，而与之配套的日本松下公司(Panasonic)M1×754BSA型低噪PWM控制方式的变频器，其输出频率范围为0.5～400Hz(分辨率为0.01Hz)，该变频器售价高达10000元。总而言之，在工业实际应用中，简单地将现有机械压力机中的交流恒速电动机换成带变频器的交流电动机，来实现低速锻冲急回特性是不可行的，鉴于上述同样的原因，在工业实际中在机械压力机中应用直流电动机也是不可行的。