伺服沖床的工作性能及主要指標

沖床是制造業中非常重要的板材沖壓工具，廣泛地應用于航空航天、汽車、電了產品等的加工。伺服沖床是指伺服電動機直接驅動、輸出較大的沖壓力和沖壓頻次、實現板材沖壓的機床。它摒棄了傳統機械式沖床的減速器、飛輪，縮短了傳動鏈，采用節能環保、行程可調的伺服電動機作為驅動，具有高速、高頻、高精、行程可調的特點，越來越廣泛的應用，其市場發展前景遠遠超出了傳統的機械式和液壓式沖床。

作為伺服沖床的核心部件，主傳動機構承擔著實現高速、高頻、大沖壓力的作用，其構型、尺寸、性能直接影響著沖床的精度、效率、沖壓力等主要工作性能，其作用至關重要。一個好的主傳動機構能夠在很大程度上降低對于電動機轉矩的要求，降低電動機成本。

伺服沖床的一個重要特點是以較小的電動機轉矩實現較大的公稱沖壓力，這就要求主傳動機構具有較大的機械增益。通過將多個增力機構組合在一起，形成新的機構，可以達到增大機械增益的作用。目前所知的增力機構大致有：滾珠絲杠、曲柄/搖桿滑塊機構、雙滑塊機構、肘桿機構、斜楔機構、杠桿機構等。

通過對伺服沖床主傳動機構工作特點及現有主傳動機構構型分析發現，目前伺服沖床主傳動根據原動件的形式不同，可以分為兩大類，一類是曲柄式主傳動，即由伺服電動機驅動曲柄，通過增力機構實現沖壓運動；一類是螺桿式主傳動，即由伺服電動機驅動螺桿，通過增力機構實現沖壓運動。根據增力機構的數量及不同組合方式，可以增力機構、二級增力機構、增力機構等，高于四級的增力機構由于傳動鏈較長，會產生較大的累積誤差，導致精度下降，且在高頻沖壓時會產生較大的振動，故在此不予考慮。通過不同的組合，對曲柄式主傳動和螺桿式主傳動機構進行構型設計，可部分機構。

由于沖床主傳動的主要指標是高頻和大沖壓力，追根溯源，就要求電動機的轉矩和角加速度要滿足要求，對于螺桿式主傳動，還要求絲杠的加速度及其他技術條件在現有絲杠能力范圍內。

曲柄式主傳動機構的特點為：電動機旋轉一周對應一個沖壓行程(總行程)，所以在要求的頻次范圍電動機轉角一般不會很大，故角加速度一般滿足要求，但要求很大的電動機轉矩。螺桿式主傳動機構的特點為：對應一個沖壓總行程，電動機旋轉一般大于一圈，機械增益較大，需要的電動機轉矩相對較小，但在較高沖壓頻次要求下，絲杠的轉角較大，要求角加速度較大，并且機構會受到絲杠加速度(一般小于3g)、臨界轉速、dn值(轉速特征值，d為絲杠公稱直徑，n為轉速；有些dn值較大可達150 000)、軸向力等的限制。設計出合適的機構使電動機轉矩和加速度(角加速度)協調在合適的范圍內，才能降低成本。

結論

(1)通過對伺服沖床主傳動機構的分析，在已構的基礎上，對伺服沖床主傳動機構的進行了構型設計，分析了兩種不同類型主傳動機構的特點。

(2)總結了機構優化設計的兩種方法及優化流程，提出了基于目標函數法優化主傳動機構的目標函數，并將基于螺旋理論的運動/力傳遞指標和性能圖譜法引入到主傳動機構尺度綜合中；采用目標函數法和性能圖譜法對兩種機構分別進行了尺度綜合，結果驗證了兩種機構的特點。

(3)該研究對伺服沖床主傳動機構的構型設計與尺度綜合提供了一種設計思路和方法，具有的借鑒及指導意義。