冲床冲压传动系统的设计

(1)工作机构 设备的工作执行机构由曲柄连杆，滑块组成，将旋转运动转换成往复直线运动。

(2)传动系统 由带传动和齿轮传动组成，将电动机能量传输至工作机构，在传输过程中，转速逐渐降低，转矩逐渐增加。

(3)操作机构 主要由离合器，制动器以及相应电气系统组成，在电动机运动后，控制工作机构的运行状态，使其能间歇或连续工作。

(4)能源部分 由电动机和飞轮组成。机器运行的能源由电动机提供，开机后电动机对飞轮进行加速，压力机短时工作能量则由飞轮提供，飞轮起着储存和释放能量的作用。

(5)支承部分 由机身，工作台和紧固件等组成。它把压力机所有零部件连成一个整体。

(6)辅助系统 包括气路系统，润滑系统，过载保护装置，气垫快换模，打料装置，监控装置等。它提供高压力计的安全性和操作方便性。对新型压力机，此系统成本所占比例有提升趋势[7]。

2.2 曲柄压力机传动系统结构形式

曲柄滑块机构是曲柄压力机的工作机构，亦是压力机的核心部分，它将电动机的旋转动作转变为滑块的直线上下运动，提供给磨具工作所需的成形力和位移，同时提供一些辅助功能，如装模高度调节，过载保护顶件等。

按曲柄形式，曲柄滑块机构主要有如下几种：

(1)曲轴式 曲轴两端由设备床身支撑，当曲轴绕支撑轴转动时，滑块在导轨的约束下上下运动，上下位置之差值为2R，此结构应用与较大行程的中小型压力机上。

(2)偏心齿轮式 偏心齿轮安装在芯轴上并绕芯轴转动通过偏心齿轮与芯轴的偏心距为R，实现曲柄机构动作，应用于中大型压力机，芯轴仅受弯矩，偏心齿轮受弯矩作用，负荷分配合理，加工制作也方便，但偏心轴直径较大，有一定磨损功耗[7-8]。

2.3 曲柄压力机传动系统的布置方式

(1)上传动及下传动的比较

传动系统设置在压力机工作台之上的为上传动，在工作台之下的为下传动。现有的通用压力机大多数采用上传动机构。

(2)曲轴纵放和横放的比较

传动系统曲轴安装形式有垂直与压力机正面（称为纵放）及平行与压力机正面（称为横放）两种形式。旧式通用压力机多采用横放的安装模式。这种布置曲轴和传动轴比较长，受力点与支承的距离比较大，外形不够美观，现代压力机越来越多的采用纵放的安装模式。传动系统刚性好，外观美观。

(3)开式及闭式传动的比较

开式及闭式传动系统指传动齿轮安放在机身外还是机身内。开式传动齿轮工作条件差，外形不美观，但安装维修方便，而闭式传动齿轮工作条件较好，但安装维修困难。现较多的采用开式传动结构。

(4)单边和双边齿轮传动的比较 对于一般的压力机均采用单边传动[8]。

2.4 曲柄压力机传动级数及速比的分配

压力机的传动级数与电动机的转速和滑块每分钟行程次数有关，行程次数低，则总速比大，传动级数就应多些，否则每级的速比过大，结构不紧凑。现有开式压力机传动级数一般不超过三级。行程次数在80次/分以上的用单级传动。80次/分～40次/分的用二级传动。40次/分～10次/分的用三级传动。齿轮传动中心距与模数的确定见表2.1。

表2.1 齿轮传动中心距与模数

传动形式 齿轮付位置 中心距 铸铁齿轮 单边传动 低速付 高速付 双边传动

模数 钢齿轮 (5～6.5)do (3～3.5)do 铸铁齿轮 0.1do 0.072do 钢齿轮 0.09do 0.064do 0.07do 小齿轮齿数 14～21 16～21 14～22 （5～6.5）do (3～3.5)do (4.3～5.6)do 低速付 (3.5～4.6)do 0.085do 高速付

(3～3.7)do (2～2.3)do (0.056～0.084)do

(0.084～0.064)do

14～24

2.5 本课题传动系统选型

2.5.1 传统冲压机床

传统冲压机床工作原理如图4.1所示，电动机1通过三角皮带驱动大皮带轮3，经过离合器5和齿轮6、7、8带动偏心齿轮9，带动滑块13和凸模14直线下行，冲压工作完成后滑块回程上行，离合器自动脱开，同时制动器4接通，使滑块停止在上死点附近，大皮带轮同时起到飞轮的作用，偏心齿轮9和曲轴的作用相同。

机械压力机的载荷是冲击性的，即在一个工作周期内冲压工作的时间很短，短时的最大功率比平均功率大十几倍以上，因此在传动系统中都设置有飞轮，按平均功率选用的电动机启动后，飞轮运转至额定转速，积蓄动能。凸模接触坯料开始锻压工作后，电动机的驱动功率小于载荷，转速降低，飞轮释放出积蓄的动能进行补偿。锻压工作完成后，飞轮再次加速积蓄动能，以备下次使用。

机械压力机上的离合器与制动器设有机械或电气连锁，以保证离合器接合前制动器一定松开，制动器制动前离合器一定脱开。

生产中，有可能发生超载现象，为保证设备和人员安全，常在压力机上装设有过载保护装置和光电保护装置。

1－电动机，2－小皮带轮，3－大皮带轮，4－制动器，5－离合器

6、8－小齿轮，7－大齿轮，9－偏心齿轮，10－芯轴，11－机身，12－连杆 13－滑块，14－凸模，15－凹模，16－垫板，17－工作台，18－液压气垫

图2.1 机械压力机工作原理图

该类机床驱动结构上仍是落后的飞轮、离合器－制动器组合模式，结构复杂、臃肿，多环节传动精度差，噪音大；该压力机虽然采用了流行的PLC控制，但主要集中在电气、电机的起停、油路、气路上，控制动作多为开关量，而对于滑块的位置速度无法做到有效的控制，对不同工件的冲裁适应性差，尤其是可塑性差、易脆裂等难加工材料制品的冲裁和拉深加工；同时，加工过程中压力机状态采用指示灯显示，缺乏直观的状态与故障监控，生产及工艺管理也无从谈起[10]。 2.5.2 总体方案选型及设计

针对传统压力机存在的不足，参照第三代压力机的技术特点，提出设计目标为：摒弃传统的飞轮、离合器－制动器，以大功率交流伺服电机代替传统的交流异步电机，通过一级齿轮减速机构，驱动曲柄滑块机构动作。同时，控制功能在原有的逻辑控制基础上增加上位机监控和运动控制，分别实现压力机的实时监控和滑块位置速度可调，提高压力机的加工“柔性” 。基于伺服电机直接伺服电机直接驱动压力机设计方案如图2.2所示。