伺服压力机及其运转方法.pdf

本发明涉及一种伺服压力机及其运转方法。该伺服压力机无需增大马达容量，便能够在滑动件的移动区间更加高速地移动，并且在下死点附近的加压区间能够得到更大的加压力。该伺服压力机包括使在下表面上安装有上模的滑动件(5)升降移动的多肘节机构(10)、以及安装在固定于滑动件上方的上横梁(6)上并驱动多肘节机构的肘节驱动机构(20)。多肘节机构(10)由多个连杆(11，12，13，14)构成，具有三个以上的产生力放大作用的肘节。

1.  一种伺服压力机，其特征在于，包括多肘节机构和驱动所述多肘节机构的肘节驱动机构，所述多肘节机构使在下表面上安装有上模的滑动件升降移动，所述肘节驱动机构安装在固定于所述滑动件的上方的上横梁上，
所述多肘节机构由多个连杆构成，具有三个以上的产生力放大作用的肘节。

2.  如权利要求1所述的伺服压力机，其特征在于，所述多肘节机构具有：相互的一端彼此被轴固定的第一连杆和第二连杆、一端被轴固定在所述第一连杆和所述第二连杆的轴固定点而另一端被沿着铅垂线引导的第三连杆、以及一端被轴固定在所述第三连杆的另一端的第四连杆，所述第一连杆的另一端被轴固定在所述滑动件上，所述第二连杆的另一端被轴固定在所述上横梁上，
所述肘节驱动机构具有在水平方向上作直线往复移动的直动部，该直动部被轴固定在所述第四连杆的另一端上，
所述第三连杆和所述第四连杆与所述直动部的直线往复移动联动地动作，以使所述第一连杆和所述第二连杆作屈伸运动。

3.  如权利要求2所述的伺服压力机，其特征在于，所述肘节驱动机构是由进给丝杠和螺纹接合在该进给丝杠上的螺母部件构成的进给丝杠机构，所述螺母部件构成所述直动部。

4.  如权利要求2所述的伺服压力机，其特征在于，相对于铅垂线线对称地具有一对所述多肘节机构和一对所述肘节驱动机构，
一侧的所述多肘节机构和另一侧的所述多肘节机构的各所述第四连杆的一端彼此被轴固定在一起，
一侧的所述肘节驱动机构与另一侧的所述肘节驱动机构的各所述直动部以相互靠近或背离的方式动作。

5.  如权利要求4所述的伺服压力机，其特征在于，所述一对肘节驱动机构是由共用的进给丝杠和一对螺母部件构成的进给丝杠机构，所述进给丝杠将水平轴方向的一侧设为右螺旋部而将水平轴方向的另一侧设为左螺旋部，所述一对螺母部件分别螺纹接合在所述右螺旋部和所述左螺旋部上；
一侧的所述螺母部件构成一侧的所述肘节驱动机构的所述直动部，而另一侧的所述螺母部件构成另一侧的所述肘节驱动机构的所述直动部。

6.  如权利要求2所述的伺服压力机，其特征在于，相对于铅垂线线对称地具有一对所述多肘节机构和一对所述肘节驱动机构，
所述一对肘节驱动机构是由共用的进给丝杠和一对螺母部件构成的进给丝杠机构，所述进给丝杠将水平轴方向的一侧设为右螺旋部而将水平轴方向的另一侧设为左螺旋部，所述一对螺母部件分别螺纹接合在所述右螺旋部和所述左螺旋部上；
一侧的所述螺母部件构成一侧的所述肘节驱动机构的所述直动部，而另一侧的所述螺母部件构成另一侧的所述肘节驱动机构的所述直动部，借助所述进给丝杠的旋转，所述一对螺母部件相互靠近或背离。

7.  如权利要求5所述的伺服压力机，其特征在于，具有驱动所述进给丝杠旋转的多个伺服马达。

8.  一种伺服压力机的运转方法，是权利要求1所述的伺服压力机的运转方法，其特征在于，对所述滑动件的行程进行调整和设定，以便能够确保对被加工物进行压力加工所需的成形力，在该行程中进行被加工物的压力加工。

伺服压力机及其运转方法
技术领域
本发明涉及利用肘节机构使滑动件升降移动的伺服压力机及其运转方法。
背景技术
目前，周知一种伺服压力机，其利用肘节机构(亦称关节机构)将变换伺服马达的旋转而得到的直线运动变换为滑动件的升降移动。
一般，肘节机构包括相互的一端部彼此被轴固定的第一连杆和第二连杆，第一连杆的另一端被轴固定在上横梁(クラウン)的一部分上，第二连杆的另一端被轴固定在滑动件上，而且，在第一连杆和第二连杆的连接点上轴固定有驱动连杆。
在具有这种结构的肘节机构中，如果利用直动致动器使驱动连杆相对第一连杆和第二连杆作进退移动，则由第一连杆和第二连杆构成的肘节形状开闭式地变形，从而滑动件升降移动。通过采用这种肘节机构，由于与曲柄机构相比能够使下死点附近的滑动件速度变慢，因此能够分别满足移动区间(高速、无加压力)和加压区间(低速、加压力大)的要求。
在下述的专利文件1和2中公开了采用肘节机构的伺服压力机。
在专利文件1的伺服压力机中，利用伺服马达驱动具有滚珠丝杠装置的肘节驱动装置，借助该肘节驱动装置驱动由用连接销连接的两个连杆构成的肘节机构(在专利文件1中称为关节机构)，通过该肘节机构的屈伸运动，经由柱塞升降滑动件。该伺服压力机的肘节机构是得到单级肘节效果(力的放大作用)的所谓单级肘节。
专利文件2的伺服压力机包括：围绕铅直方向的轴心被旋转驱动的多头方螺杆、螺纹接合在该多头方螺杆上且随着螺杆的旋转可升降的升降体，以及连接该升降体和滑动件的多连杆机构。多连杆机构具有各自一端被轴固定在多头方螺杆的左右的一对第一连杆、各自一端被轴固定在压力机机架上的左右一对第二连杆，以及各自一端被轴固定在滑动件的左右一对第三连杆，左右的第一连杆至第三连杆的另一端彼此被轴固定在一起。如果旋转所述的多头方螺杆，则经由升降体和多连杆机构，滑动件升降。该伺服压力机的肘节机构是得到双级肘节效果的所谓双级肘节。
专利文件1：(日本)特开2002-103089号公报
专利文件2：(日本)特开2001-300778号公报
上述的专利文件1的伺服压力机采用单级肘节，而专利文件2的伺服压力机采用双级肘节。因此，在滑动件的移动区间能够高速地移动，在加压区间能够作低速移动且得到大的加压力。
然而，这种伺服压力机为了在滑动件的移动区间以更高的速度移动，并且，在下死点附近的加压区间得到更大的加压力，就必须增大马达容量。为此，存在马达大型化，成本增高的问题。
另外，在专利文件1的伺服压力机中，在相当于肘节机构的中间位置的高度配置有直动部(肘节驱动机构)。因此，在滑动件和直动部之间有必要安装柱塞(延长连杆)，以使在滑动件上升时直动部和滑动件互不干涉，即能够确保行程。作为用于驱动滑动件的机构，这种柱塞在本质上属于不必要的要素。即，存在包含本质上不必要的要素的问题。
另外，在专利文件2的伺服压力机中，由于多头方螺杆被垂直放置，因此装置的整体高度变高。在压力机械中，要求控制装置整体高度且要确保一定程度以上的行程，但是，在专利文件2的伺服压力机中很难满足所述的要求。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供一种伺服压力机，其在无需增大马达容量的情况下，在滑动件的移动区间能够更加高速地移动，并且，在下死点附近的加压区间能够得到更大的加压力。另一个目的在于提供一种在肘节机构和滑动件之间无需安装柱塞的伺服压力机。目的还在于提供一种能够抑制装置整体高度的伺服压力机，并提供这种伺服压力机的运转方法。
为了解决上述课题，本发明的伺服压力机采用了以下方案。
(1)本发明的伺服压力机特征在于，包括多肘节机构和驱动所述多肘节机构的肘节驱动机构，所述多肘节机构使在下表面上安装有上模的滑动件升降移动，所述肘节驱动机构安装在固定于所述滑动件的上方的上横梁上，所述多肘节机构由多个连杆构成，具有三个以上的产生力放大作用的肘节。
根据本发明的伺服压力机，采用了由多个连杆构成而具有三个以上产生力放大作用的肘节的多肘节机构，即在实施例中得到三级肘节效果的三级肘节，因此，如图8和图9所示，与现有的单级肘节或双级肘节相比，上死点侧的滑动件移动速度比下死点附近快，并且在下死点附近达到低速、加压力大的状态。图8和图9是在马达作功量相同的条件下对采用三级肘节的本发明伺服压力机和采用单级肘节或双级肘节的现有伺服压力机进行比较的图。
因而，无需增大马达容量，便能够在滑动件的移动区间更加高速地移动，在下死点附近的加压区间能够得到更大的加压力，并且，不会导致马达的大型化以及成本的增大。或者，在维持与以往相同的加压力的情况下，能够减小马达容量，因此能够实现马达的小型化以及成本的降低。
(2)在上述(1)的伺服压力机中，其特征在于，所述多肘节机构具有：相互的一端彼此被轴固定的第一连杆和第二连杆、一端被轴固定在所述第一连杆和所述第二连杆的轴固定点而另一端被沿着铅垂线引导的第三连杆、以及一端被轴固定在所述第三连杆的另一端的第四连杆，所述第一连杆的另一端被轴固定在所述滑动件上，所述第二连杆的另一端被轴固定在所述上横梁上，所述肘节驱动机构具有在水平方向上作直线往复移动的直动部，该直动部被轴固定在所述第四连杆的另一端上，所述第三连杆和所述第四连杆与所述直动部的直线往复移动联动地动作，以使所述第一连杆和所述第二连杆作屈伸运动。
这样，通过连接第一连杆至第四连杆能够构成三级肘节。
由于第一连杆及第二连杆与肘节驱动机构的直动部经由第三连杆及第四连杆连接，因此，与单级肘节的情况(专利文件1的情况)相比，能将直动部配置在上方。由于能够将直动部配置在上方，因此即使滑动件上升也不会干涉直动部。
另外，随着滑动件的上升，第三连杆和第四连杆动作，以使第一连杆和第二连杆作闭合动作，并且第三连杆和第四连杆的轴固定点向上方移动，因此在滑动件与第三连杆及第四连杆之间也不产生干涉。因而，在肘节机构与滑动件之间无需安装柱塞。
在本发明的伺服压力机中，由于直动部被配置为不在铅直方向上移动，而是在水平方向上作直线往复移动，因此能够确保一定程度以上的行程且抑制装置的整体高度。
(3)在上述(2)的伺服压力机中，其特征在于，所述肘节驱动机构是由进给丝杠和螺纹接合在该进给丝杠上的螺母部件构成的进给丝杠机构，所述螺母部件构成所述直动部。
如上所述，由于采用进给丝杠机构，因此在不改变行程长度的情况下，通过改变进给丝杠的外径或导程，便能够自由地改变减速比。
(4)在上述(2)的伺服压力机中，其特征在于，相对于铅垂线线对称地具有一对所述多肘节机构和一对所述肘节驱动机构，一侧的所述多肘节机构和另一侧的所述多肘节机构的各所述第四连杆的一端彼此被轴固定在一起，一侧的所述肘节驱动机构与另一侧的所述肘节驱动机构的各所述直动部以相互靠近或背离的方式动作。
如上所述，通过相对于铅垂线线对称地配备多个多肘节机构和肘节驱动机构，在多个连接点支撑滑动件，因此增大了应对偏心载荷的能力。
另外，由于各第四连杆的一端彼此被轴固定在一起，因此，无需采用特别的部件，便能够相互支撑作用于第三连杆和第四连杆的轴固定点的横向载荷，对第三连杆的另一端沿着铅垂线进行引导。
因而，能够省略后述的其他实施方式中的“上下引导部件34”。
(5)在上述(3)的伺服压力机中，其特征在于，所述一对肘节驱动机构是由共用的进给丝杠和一对螺母部件构成的进给丝杠机构，所述进给丝杠将水平轴方向的一侧设为右螺旋部而将水平轴方向的另一侧设为左螺旋部，所述一对螺母部件分别螺纹接合在所述右螺旋部和所述左螺旋部上；一侧的所述螺母部件构成一侧的所述肘节驱动机构的所述直动部，而另一侧的所述螺母部件构成另一侧的所述肘节驱动机构的所述直动部。
如上所述，由于采用进给丝杠机构，无需改变行程长度，通过改变进给丝杠的外径或导程，便能够自由地改变减速比。
另外，由于构成一侧和另一侧的直动部的一对螺母部件螺纹接合在一根进给丝杠上，因此，通过使右螺旋部和左螺旋部的外径及导程相同，无需同步控制各直动部便能够左右对称地以相同速度移动。因而，容易进行动作控制。
(6)在上述(2)的伺服压力机中，其特征在于，相对于铅垂线线对称地具有一对所述多肘节机构和一对所述肘节驱动机构，所述一对肘节驱动机构是由共用的进给丝杠和一对螺母部件构成的进给丝杠机构，所述进给丝杠将水平轴方向的一侧设为右螺旋部而将水平轴方向的另一侧设为左螺旋部，所述一对螺母部件分别螺纹接合在所述右螺旋部和所述左螺旋部上；一侧的所述螺母部件构成一侧的所述肘节驱动机构的所述直动部，而另一侧的所述螺母部件构成另一侧的所述肘节驱动机构的所述直动部，借助所述进给丝杠的旋转，所述一对螺母部件相互靠近或背离。
如上所述，具有多个多肘节机构和肘节驱动机构，从而在多个连接点支撑滑动件，因此增大了应对偏心载荷的能力。
另外，由于采用进给丝杠机构，无需改变行程长度，通过改变进给丝杠的外径或导程，便能够自由地改变减速比。
另外，由于构成一侧和另一侧的直动部的一对螺母部件螺纹接合在一根进给丝杠上，因此，通过使右螺旋部和左螺旋部的外径及导程相同，无需同步控制各直动部便能够左右对称地以相同速度移动。因而，容易进行动作控制。
(7)在上述(5)的伺服压力机中，其特征在于，具有驱动所述进给丝杠旋转的多个伺服马达。
如上所述，由于肘节驱动机构具有驱动进给丝杠旋转的多个伺服马达，因此，在伺服压力机的运转中，即使某一个伺服马达发生故障，也可以利用剩下的其他伺服马达旋转驱动进给丝杠，能够继续运转。因而，能够防止运转中止的事故。
(8)本发明的伺服压力机的运转方法是上述(1)所述的伺服压力机的运转方法，其特征在于，对所述滑动件的行程进行调整和设定，以便能够确保对被加工物进行压力加工所需的成形力，在该行程中进行被加工物的压力加工。
如上所述，本发明的伺服压力机采用了三级肘节，从而在滑动件的移动区间中能更加高速地移动，在下死点附近的加压区间能够得到更大的加压力，因此在冲裁加工中能够发挥出色的能力。
在此，在借助采用了三级肘节的伺服压力机进行如拉深加工那样加压区间长的加工的情况下，如果从下死点定义行程，则为了在整个加压区间确保成形力，通常需要大容量的马达。这是因为在三级肘节中，在比下死点附近靠上的区间中虽是高速但加压力低。
鉴于此，在本发明的伺服压力机的运转方法中，将行程调整且设定成能够确保对被加工物进行压力加工所需的成形力，在该行程中进行被加工物的压力加工。由此，无需增大马达容量，便能够进行从冲裁加工到拉深加工的广泛的压力加工。即，根据本发明的运转方法，能够无级地调整行程，因此，只要设定成能得到所需成形力的行程，便能以某一马达容量得到最高的生产率。
根据本发明的伺服压力机，无需增大马达容量，便能够在滑动件的移动区间更加高速地移动，并且在加压区间能够得到更大的加压力。另外，在肘节机构和滑动件之间无需安装柱塞。还可以抑制装置整体高度。
根据本发明的伺服压力机的运转方法，通过根据加工种类选择合适的行程，无需增大马达容量，便能够进行从冲裁加工到拉深加工的广泛的压力加工。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的伺服压力机的滑动件位于上死点位置的结构的图。
图2是表示本发明第一实施方式的伺服压力机的滑动件位于下死点位置的结构的图
图3是图1的俯视图。
图4是表示现有的单级肘节的动作的图。
图5是表示现有的双级肘节的动作的图。
图6是表示三级肘节的动作的图。
图7是表示各肘节在各区间的输出行程的图。
图8是表示各肘节的位置与加压力之间的关系的图。
图9是表示各肘节的位置与速度之间的关系的图。
图10是表示本发明第二实施方式的伺服压力机的结构的图。
图11是用于说明本发明实施方式的伺服压力机的运转方法的图。
具体实施方式
下面，基于附图详细说明本发明的优选实施方式。在各附图中，对于共同的部分赋予相同的附图标记，省略重复的说明。
[第一实施方式]
图1和图2是表示本发明第一实施方式的伺服压力机1的结构的图。图1表示滑动件5位于上死点位置的状态，图2表示滑动件5位于下死点位置的状态。图3是图1的伺服压力机1的俯视图。
如图1所示，在伺服压力机1中，在上部固定有承梁2的底座3上竖立设置有支柱4(亦称为立柱)，在支柱4上设置有上横梁6。在支柱4上可上下滑动地支撑有滑动件5。在承梁2的上表面上安装下模(未图示)，在滑动件5的下表面安装上模(未图示)。
另外，伺服压力机1具有：使滑动件5升降移动的多肘节机构10、驱动多肘节机构10的肘节驱动机构20以及驱动肘节驱动机构20的伺服马达30。
多肘节机构10构成为具有三个利用多个连杆(第一连杆11～第四连杆14)产生力的放大作用的肘节。即，该伺服压力机1的多肘节机构10是得到三级肘节效果的三级肘节。
本实施方式的伺服压力机1相对铅垂线线对称地具有一对该多肘节机构10。该伺服压力机1相对铅垂线线对称地具有一对肘节驱动机构20。
各多肘节机构10由第一连杆至第四连杆构成。各多肘节机构10中的第一连杆11彼此、第二连杆12彼此、第三连杆13彼此、第四连杆14彼此分别长度相同。
如图1所示，第一连杆11和第二连杆12的相互的一端(第一连杆11的上端和第二连杆12的下端)经由连接销16a被轴固定在一起。第一连杆11的另一端(下端)经由连接销16b被轴固定在滑动件5上。第二连杆12的另一端(上端)经由连接销16c被轴固定在上横梁6上。第一连杆11和第二连杆12构成产生力的放大作用的第一肘节。
在本申请说明书中，所谓“肘节”是指下述机构：由用销连接的一对连杆构成，通过对连接点作用力使一对连杆接近直线状态，而在一对连杆的另一端之间作用被放大了的力。另外，在本申请说明书中，将利用该肘节产生的放大作用简称为“力的放大作用”。
第三连杆13的一端经由连接销16a被轴固定在第一连杆11和第二连杆12的轴固定点上。第三连杆13的另一端经由连接销16d被轴固定在第四连杆14的一端上。另外，一侧和另一侧的多肘节机构10的各个第四连杆14的一端彼此经由连接销16d被轴固定在一起。
根据该结构，在不使用特别的部件的情况下，能够相互支撑作用于第三连杆13和第四连杆14的轴固定点的横向的载荷，从而沿着铅垂线引导第三连杆13的另一端。另外，左右一对的第三连杆13构成产生力的放大作用的第二肘节。
第四连杆14的另一端经由连接销16e被轴固定在滑动件驱动机构的直动部上。
肘节驱动机构20具有在水平方向上作直线往复移动的直动部，该直动部是后述的螺母部件23，螺母部件23被设于上横梁6的引导部件29支撑为能在水平方向上滑动。
因而，各第四连杆14构成产生力的放大作用的第三肘节。
这样构成的多肘节机构10与肘节驱动机构20的直动部(螺母部件23)的直线往复移动联动，第三连杆13和第四连杆14动作，以使第一连杆11及第二连杆12作屈伸运动。
肘节驱动机构20具有如上所述的在水平方向上作直线往复移动的直动部，在本实施方式中被设置在第二连杆12的上方。
在本实施方式中，一对肘节驱动机构20是由进给丝杠21和一对螺母部件23构成的进给丝杠机构，所述进给丝杠21是将水平轴方向的一侧设为右螺旋部22a而将水平轴方向的另一侧设为左螺旋部22b的共用的进给丝杠，所述一对螺母部件23是分别螺纹接合在右螺旋部22a和左螺旋部22b上的一对螺母部件。
在本实施方式中，一对螺母部件中的一侧的螺母部件23构成一侧的肘节驱动机构20的直动部，另一侧的螺母部件23构成另一侧的肘节驱动机构20的直动部。
进给丝杠21由内置于上横梁6的轴承24以能以水平轴心为中心旋转的方式支撑。在进给丝杠21的两端部上固定有大齿轮26。在上横梁6的上部设置有多台(在本实施方式中采用了4个，参照图3)旋转驱动进给丝杠21的伺服马达30。在伺服马达30的输出轴上固定有与大齿轮26啮合的小齿轮27。伺服马达30的驱动力经由小齿轮27和大齿轮26传递到进给丝杠21上。
另外，安装在伺服马达30和肘节驱动机构20之间的动力传递机构并不限于上述的齿轮传递机构，也可以是皮带传递机构、链传递机构等其他机构。
一对螺母部件23由设于上横梁6的引导部件29以能在水平方向上滑动的方式支撑。引导部件29是承受在进行压力加工时作用于螺母部件23的垂直方向载荷的部件。
在这样构成的肘节驱动机构20中，如果通过伺服马达30将进给丝杠21向一方向旋转驱动，则一对螺母部件23相互靠近。如果进给丝杠21被向相反方向旋转驱动，则一对螺母部件23相互背离。即，一侧的肘节驱动机构20和另一侧的肘节驱动机构20动作，以使各自的直动部(螺母部件23)作相互靠近或背离。
下面，说明本实施方式的伺服压力机1的动作。
从如图1所示的状态开始，如果伺服马达30将进给丝杠21向一方向旋转驱动，则一对螺母部件23向相互靠近的方向动作。于是，第三连杆13和第四连杆14转动，并且由第一连杆11和第二连杆12构成的“く形”伸长，从而滑动件5下降。于是，变成图2所示的状态。
相反，从如图2所示的状态开始，如果伺服马达30使进给丝杠21向相反方向旋转，则一对螺母部件23向相互背离的方向动作。于是，第三连杆13和第四连杆14转动，并且由第一连杆11和第二连杆12构成的“く形”收缩，从而滑动件5上升。于是，变成图1所示的状态。
下面，说明三级肘节的特性。
图4至图6是依次表示单级肘节、双级肘节、三级肘节的动作的示意图。在这些结构中，在构成最末级肘节的两个连杆的长度分别取50mm，动力输出点的行程为1000mm这一共同条件下，以合适的长度确定其他连杆的长度和动力输入点的行程，以便最末级肘节能够作全行程动作。以下，将动力输入点的行程称为输入行程，将动力输出点的行程称为输出行程。
另外，虽然输入行程长度因各图的肘节不同而不同，但是，如果调整减速比(减速器的减速比，若是进给丝杠机构则为进给丝杠的导程)，则马达的输入转速及输入转矩能够设计为相等，因此即使各自不同，对讨论的本质也不会产生影响。
对于这样确定的输入行程进行四等分，并且，以动力输出点从下死点向上死点移动的方式移动动力输入点，此时，将对应于所述四等分的输入行程的各区间的输出行程的各区间，从下死点侧开始依次称为第一区间、第二区间、第三区间、第四区间。将第一区间至第四区间的移动量表示在表1中。移动量的单位为mm。
另外，将表1的内容图形化后表示在图7中。在表1及图7中，“直动(0级)”表示将从伺服马达30得到的直线运动直接作为输出行程的驱动形式。
表1