適用于高速沖壓的三種常用的驅(qū)動系統(tǒng)

文／俞雪良·瑞士Bruderer AG公司

適用于高速沖壓的三種常用的驅(qū)動系統(tǒng)

文／俞雪良·瑞士Bruderer AG公司

技術負責人員在選擇機器時經(jīng)常會考慮這樣的問題：哪種機器在技術方面最適合產(chǎn)品的生產(chǎn)？哪種機器能更經(jīng)濟、高效地工作？從沖壓過程來看，所有這些考慮的方面都應該取決于所要生產(chǎn)的零件，根據(jù)零件的類型和要求來考慮設備的生產(chǎn)商和機型。那么到底哪種系統(tǒng)適合自己的產(chǎn)品呢？下面我們就介紹一下高速沖壓中三種常用驅(qū)動系統(tǒng)的特點和應用。

一般來說，高速沖壓中常用的驅(qū)動系統(tǒng)主要有以下三種：

⑴曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)，主要用于高速沖壓。

⑵曲軸—長軸驅(qū)動系統(tǒng)，主要用于普通沖壓和高速沖壓。

⑶肘關節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)，主要用于普通沖壓和高速沖壓。

這些驅(qū)動系統(tǒng)各有其特征，在當今不同的生產(chǎn)領域各有優(yōu)勢，所以很難說孰優(yōu)孰劣，作為生產(chǎn)企業(yè)，在選擇相應的生產(chǎn)設備時就要了解它們最佳的應用領域。

曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)

工作原理和結構特點

如圖1所示，滑塊的運動是通過曲軸、連桿來實現(xiàn)的，其曲軸是前后方向布置的。行程運動通過兩個推桿和其平行導軌來實現(xiàn)，在推桿的兩邊設有滑塊調(diào)整系統(tǒng)，該系統(tǒng)起兩個作用，即滑塊的調(diào)整、快速抬起和動態(tài)誤差補償。

圖1曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)

該驅(qū)動系統(tǒng)的配重系統(tǒng)可以在各個運動位置平衡橫向、縱向的慣性力。不同模具重量引起的剩余力和沖壓力由機器墊腳下的油壓彈簧吸收?；瑝K運動是正弦曲線，那么滑塊運動的加速度也是正弦曲線，從而運動慣性力也就很小，這樣的話對機械壽命和運動精度的影響就比較小。

對現(xiàn)代沖壓來說，曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)的下列優(yōu)點是非常必要的。例如，曲軸在受力時的彎度和扭轉(zhuǎn)程度是最小的，其轉(zhuǎn)動慣性也就最小，這樣對啟動和制動性能大有好處。這種系統(tǒng)在杠桿上還體現(xiàn)了另一種優(yōu)良特性，如圖2所示，沖壓過程中60％的沖壓力分布在曲軸上，各有20％的沖壓力分布到左右高度調(diào)節(jié)螺桿上，由于在左右高度調(diào)節(jié)螺桿上的沖壓力和動力很小，所以螺桿不需預緊，這樣螺桿在滑塊運動中也可以進行調(diào)節(jié)。所以，在不中斷沖壓過程的情況下，滑塊的下死點精度不管在何種速度下都可以保證在一個很精準的范圍之內(nèi)。由伺服電機驅(qū)動的左右高度調(diào)節(jié)螺桿還可以用來補償由溫度引起的滑塊下死點位置的變化。

圖2曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)沖壓力的分布

更獨特的是滑塊的導向系統(tǒng)。因為沒有曲軸的側(cè)向力作用于滑塊上，所以圖1所示的沖壓機只在沖壓平面內(nèi)導向。如果沖壓力不在中間，那么滑塊就會傾斜?；瑝K上的沖頭相對于下模不可偏斜很多，否則沖頭會觸碰下模，引起磨損甚至沖頭斷裂，這種結構使得滑塊轉(zhuǎn)點在沖壓平面內(nèi)，沖頭和下模之間的誤差比較小，所以磨損小，模具的壽命長，修模間隔時間長，生產(chǎn)效率也就提高了。

現(xiàn)代的曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)在沖程達到100mm時在技術實現(xiàn)上就會有所限制了，而且，當沖壓力達到300t的時候，機器的自重也將會很大。

應用領域

從曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理可知，該驅(qū)動系統(tǒng)有下列優(yōu)點：高效率、高精度，再加上該驅(qū)動系統(tǒng)還可以實現(xiàn)正弦運動，所以曲軸—橫軸—杠桿驅(qū)動系統(tǒng)不僅適于高速沖壓，而且在生產(chǎn)過程中更適于加入組裝和激光焊接等。

圖3曲軸—長軸驅(qū)動系統(tǒng)

曲軸—長軸驅(qū)動系統(tǒng)

工作原理和結構特點

如圖3所示，滑塊的驅(qū)動是通過偏心軸和曲軸，再由兩個推桿推動滑塊來實現(xiàn)的，推桿的側(cè)向力必須由驅(qū)動箱體出口的導軌或滑塊外導軌承載。

滑塊和配重系統(tǒng)最起碼由3個偏心輪驅(qū)動，這樣主軸的慣性比較大，就會影響啟動和停機性能?；瑝K的高度調(diào)節(jié)是通過連桿關節(jié)里一個運動的部件來實現(xiàn)的，這樣的話，其慣性力和沖壓沖擊力就很大。該驅(qū)動系統(tǒng)，調(diào)節(jié)機械機構承受50％的沖壓力，在這樣的力的作用下，再在沖壓過程中去調(diào)節(jié)滑塊就很困難，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，其結構也很復雜而且零件的磨損也很厲害。

曲軸—長軸驅(qū)動系統(tǒng)的缺陷在于滑塊調(diào)節(jié)系統(tǒng)和軸承的壽命相對比較短?；瑝K的轉(zhuǎn)點在滑塊平面內(nèi)，這樣上模沖頭的磨損就比較厲害，模具壽命相對就要短，修模就要相對頻繁一些?；瑝K和機體在溫度變化時會收縮或膨脹，從而使導軌受力，這樣導軌的壽命也會相應變短。

應用領域

曲軸—長軸驅(qū)動系統(tǒng)常應用于多臺連接系統(tǒng)中，適于大型拉深零件和汽車大型件的生產(chǎn)，該驅(qū)動系統(tǒng)的沖程可以達到200mm。

肘關節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)

圖4肘關節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)

工作原理和結構特點

如圖4所示，滑塊運動是通過上肘關節(jié)來實現(xiàn)的，推桿的側(cè)向力由驅(qū)動箱上的導軌支撐，滑塊高度的調(diào)節(jié)是通過下肘關節(jié)來實現(xiàn)的。

除了在驅(qū)動箱體上有2個滑塊導軌外，在沖壓平面上還有4個滑塊導軌，這樣的導軌排列方式可使滑塊的轉(zhuǎn)點位于沖壓平面內(nèi)的兩個導軌層之間。

通過改變肘臂的尺寸，可以使滑塊在下死點位置附近放慢速度，在上死點位置附近又加快速度。不過，這會導致在上死點位置附近滑塊的加速度很高，為了避免過高的加速度，防止驅(qū)動系統(tǒng)的磨損和離合剎車時制動力過大，使用該驅(qū)動系統(tǒng)的沖壓機運行速度不能太高。

許多大型沖壓機制造商希望在下死點位置附近速度可以慢一些，以使零件可以在拉深和彎曲過程中達到更好的質(zhì)量，但大多數(shù)大型沖壓機都沒有用比較復雜的肘關節(jié)機構，而是用減速機構來替代，這樣的話，即便不需太多的復雜機構也可以在下死點位置附近達到速度較低的效果。

應用領域

由于肘關節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)無法實現(xiàn)正弦曲線運動，所以使用該驅(qū)動系統(tǒng)的沖壓機其運行速度不能太高，不過當有效沖程比較小時，其運行速度還是可以達到一個比較高的值的。肘關節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)最適宜用于大噸位、大行程、低速度的沖壓機中，但因為肘關節(jié)機構相對復雜，所以在大型沖壓機中往往還是用減速機構來替代肘關節(jié)機構。

結束語

不同的驅(qū)動系統(tǒng)，就有不同的最佳應用領域。在選擇沖壓機時，要考慮的因素很多，驅(qū)動系統(tǒng)的選擇就是其中不可忽視的因素，在不確定選用何種驅(qū)動系統(tǒng)時，最好到?jīng)_壓機的生產(chǎn)廠家做沖壓試驗，以便找到最佳的方案。

俞雪良，瑞士聯(lián)邦高級工程師，大中華區(qū)總經(jīng)理，從1991年起開始從事精密機械和自動化控制設計方向的研究，近年來主要從事高速精密沖壓技術的應用與開發(fā)。