CN101466509A - 用于在薄膜或薄皮中产生减弱切削的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在薄膜或薄皮中产生减弱切削的设备，包括一个切削刀、一个设置在切削刀对面的支座，其中，薄膜或薄皮可设置在支座与切削刀之间并且支承到支座上并且切削刀构成为相对薄膜或薄皮可相对运动，其特征在于，设置一个装置，借助于该装置，在切削刀与支座之间的距离可构成为沿切削轴线的方向是恒定的。

Description

用于在薄膜或薄皮中产生减弱切削的设备
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于在薄膜或薄皮中产生减弱切削的设备。
背景技术
对于确定的应用领域，需要的是，在平面的元件中产生一些减弱切削，它们例如可以确定一个预定断裂点。一个应用领域是用于汽车的具有一个集成的气囊的仪表板，其中在打开气囊时在所述的位置、特别在减弱点断开仪表板，从而可以射出气囊。在当前的申请中采用的所谓“薄膜”或“薄皮”应该被理解为塑料薄皮、薄膜或相应的平面的工件，其目的是，从一面切入材料，使得形成一个确定的剩余壁厚度，而不依赖于可能局部变化的壁厚和一个机器人引导的刀具对工件的相对运动的公差。特别在汽车仪表板的薄皮中在气囊的区域内产生一个减弱时，气囊看作为安全构件，切削的高精度、高的过程可靠性和很好的过程编辑具有很大的重要性。
一种已知的用于产生这样的减弱切削的设备示意地示于图7中。对此在一个相应的切削设备100中在一个支承工作台108上面引导一个切削刀102，在支承工作台108上设置一个沿确定的直线待减弱的工件110。由于切削刀102的尖端到支承工作台108的距离在切削刀102运动时在工件110中产生一种切削，此时保留一个剩余壁厚度，其用标记112表明。在当前的情况下经由一个伺服电机104和一个螺旋传动装置106可以使切削刀102沿切削轴线的方向向支承工作台那边和离开支承工作台移动。为了调节和控制切削刀的切削深度，采用一个传感器118，其测量到金属构成的支承工作台108的距离(标记116)。在传感器信号与剩余壁厚度之间的几何关系(标记114)在过程的前面区域内通过一次校准过程作为基准。接收的信号可以用于控制实施的切削或用于在切削过程中自动调节切削深度。
该设备的主要缺点在于，与切削轴线位错地设置传感器。由于该隔开距离特别在三维的切削外形时求得切削刀尖端与支承工作台之间的有错误的距离值，这些距离值不符合在切削刀上的实际的情况。在可能有错误的测量值的基础上因此也不可能实施相应的补偿运动，因此特别并不能过程可靠地实施切削。
发明内容
本发明的目的是，提供一种所述类型的设备，在这种设备中，可以精确地制造具有一个预定的剩余壁厚度的所需减弱。
通过权利要求1所述的特征达到该目的。
按此本发明的中心思想在于想到，设置一个装置，借助于该装置，在切削刀与一个支座之间的距离可构成为沿切削轴线是恒定的。如果支座与切削刀之间的距离是恒定的并且薄膜连续地支承到支座上，则这只能必然地导致一个恒定的剩余壁厚度。
对此可以基本上按两种类型构成该装置。
一种类型的特征在于，在切削刀与支座之间构成一种机械连接、特别是一种刚性的机械连接。由此可以说将支座和切削刀间接或直接经由一个机械结构相互连接，其中除弹性效应之外，在两个重要的元件之间可以不出现任何的距离变化。一种这样的连接可以例如借助于一个弓形件达到，该弓形件可间接或直接地相互连接切削刀和支座。也合理的是，设置一个装置，它确保薄皮或薄膜在支座上的连续的支承。一种这样的装置可以借助于一个弹性元件、例如一个弹簧达到，它例如将由支座和切削刀的组合朝一个方向相对薄皮或薄膜预紧，从而薄皮或薄膜总是贴紧在支座上。作为弹性元件对此也可以采用薄皮本身。
按照本发明的一种有利的实施形式，上述弓形件构成为至少两件式的，其中在两个弓形件部分之间设置一个可移动的连接装置，以便两个弓形件部分相对彼此能够相对运动(移动、摆动)。一种这样的相对运动可以设置成一种摆动或一种移动的形式。当然两个弓形件部分在实施减弱过程、亦即切削的过程中应该是可自动地相互相对固定的。
为了达到切削作用，切削刀和薄膜或薄皮必须相互相对运动。对此可以或是将切削刀单独地或是将薄膜或薄皮单独地，但也可以将两个元件同时相互相对运动。
作为面对切削刀和支座的刚性连接的第二基本的实施形式，有可能将两个元件，它们可能相互是可调整的，相互这样地调整，使得总是确保上述预定的剩余壁厚度。为此分别沿切削轴线检测支座的位置和/或切削刀的位置。两个位置可以供给一个控制和调节装置，它由此确定在切削刀尖端与支座之间的距离。按照该信号，可以或是对切削刀或是对支座或是也可能对两个装置这样地控制一个驱动装置，而使在一个相对移动过程中可靠地调整距离，以实现所需的剩余壁厚度。在这里表明特征的再次是在切削轴线的延续中固定的距离。
为了在一种材料中产生任意构成的减弱线，有利的可以是，将切削刀构成为可绕其切削轴线转动的。在这种情况下，可以将切削刀在一相应的方向改变时在切削刀与工件之间总是以要求的方式调整以便构成一最好的切削。弓形件在这种情况下可以经由在机器人手铰链上的一个空转和一个力矩支承相对于工具或轴线6的转动独立地保持在一个固定的转动位置。在这种情况下将对应支座构成为可移动的球，以便能够实现一种沿刀具切削方向的运动。弓形件可以通过该措施保持在一个位置上，该位置允许最好地接近工件。
对此自然也可以设置一个附加的转动驱动装置(例如作为外部的机器人坐标轴)，用于使切削刀转动，按照方向改变对其进行调整。同样有可能通过一个可移动的滚子代替力矩支承和球，该滚子安装在一个附加的和同步的转动驱动装置上。
另一实施形式的特征在于，支座对置于切削刀集成地包括一个探测装置，它在薄皮或薄膜插入时返回靠到一个止挡上，而在没有薄皮或薄膜时可移动贴靠到切削刀上。在刚才所述的两个位置之间的移动范围借助于一个传感器确定。如果人们想确定切削刀在其前尖端是否损坏，则该实施形式是特别有利的。如果因为例如切削刀的尖端折断，则移动范围大于所要求的剩余壁厚度，并且根据偏差可以或是推知一个有错误的调节或是还推知一个损坏的切削刀。
附图说明
以下借助多个实施例参照附图更详细地说明本发明。其中：
图1按照第一实施形式的本发明切削刀具的示意侧视图；
图2按照第二实施形式的本发明切削刀具的示意侧视图；
图3按照第三实施形式的本发明切削刀具的示意图；
图4按照第四实施形式的本发明切削刀具的示意图；
图5a至5c不同的示意图，它们分别示出本发明切削刀具的一个多件式的、可打开和可关闭的弓形件；
图6具有一个探测装置的本发明切削刀具的示意图；以及
图7按照现有技术的切削刀具的示意图。
具体实施方式
图1中以示意图示意地示出一个切削刀具10，用以减弱塑料薄皮和类似的工件。一个塑料薄皮24(以下也称为工件)固定保持在两个夹紧装置26之间。切削刀具10包括一个切削刀12和在切削轴线14的延长线上的一个对应支座18，其在该实施形式中也具有一个支座的功能。对应支座18支承于一个测力计22的壳体中，利用它可以确定在对应支座18上的压力。作为支座以下总体上描述任何其上直接支承工件装置。
切削刀12和测力计22经由一个U形构成的弓形件16刚性相互连接。在这方面应该指出，对应支座18相对弓形件16和沿切削轴线14并不移动，从而对应支座18与切削刀12的尖端之间的距离总是构成相同的。该距离28等于以后的剩余壁厚度。在对应支座18的切削刀侧的端部上设置一个球20，它可旋转地保持。
图1中未示出切削刀具本身的支架。为了使切削刀具例如可以沿箭头30的方向运动，将其例如保持在一个机械手设备上，借其可以至少在一个平面内移动切削刀具。但其实适用于全部的运动装置，借其可将弓形件移到需要的位置，因此不仅X轴、Y轴而且Z轴。
本发明第一实施形式的该功能方式由此是清楚的并且本身是相当简单的。在待减弱的工件24插入切削刀12与对应支座18之间的间隙或刀具移到在工件上的工作区域以后，这样移动切削刀具10，即使其通过工件24的弹性变形将其以一种相应的力支承在对应支座18上，在这里即球20上。借助于测力计22可以确定或确保该力，而使在起支座作用的对应支座18上存在待减弱的工件的连续的支承。在包括切削刀12、弓形架16和对应支座18的刚性装置的运动过程中通过在工件24中产生一个切削达到一种减弱，其中一通过切削刀12的尖端与球20的最上端之间的距离确定的距离保证相应的剩余壁厚度。
本发明的一种结构上稍微改变的实施形式描述在图2中并且在以下进行说明。对此相同的标记标明如图1中相同的元件。图1的和图2的实施形式之间的区别在于，现在待减弱的工件24设置在一个平板40上，也称为支承工作台。现在对应支座18的球20在支承工作台的下面上滚动。通过借助于一个弹簧38将包括切削刀12、弓形件16和对应支座18的单元预紧，确保工件24在支承工作台40上自动地支承，弹簧38在一个外部的固定的支承台36与弓形件16的一个支承板34之间延伸。借助于该弹簧38将球20压到支承工作台40的下面上，其中再次借助于测力计22可以确定该力。由切削刀到对应支座18的距离减去支承工作台40的厚度的差值得出剩余壁厚度。
图3中同样示意地示出本发明的另一实施形式。对此只示意关于移动或调整的各重要的元件。为清晰起见略去其他的元件。
图3中设置一个切削刀12′，其可借助于一个促动器(例如伺服电机50和螺旋传动装置52)沿其切削轴线的方向在一定的范围内移动。借助于距离传感器确定切削刀12′的位置。传感器54经由一条信号导线60与一个控制和调整单元56连接。控制和调整单元56还具有一个通向伺服电机50的控制导线58，借其可供给伺服电机相应的调整信号。
此外设置另一距离传感器62，其定位在支承工作台40′的下方并且借助于一个探头确定到一测量点66的距离。该测量点对此处在切削轴线与支承工作台40′的下面的交点上。该距离信号经由一条信号导线64同样供给控制和调整单元56。
控制和调整单元56可以由距离传感器54和62的两个信号在一个相应的标定下确定在切削刀12′的尖端与沿切削轴线的方向设置在支承工作台40′的下面上的测量点66之间的距离并且按照要求的距离经伺服电机实施测量位置的一次再调整。按照切削刀12′与测量点66之间的距离减去支承工作台的厚度32′再次得出剩余壁厚度。
该无疑较贵的设备的优点是剩余壁厚度的可调性。此外有可能采用具有可变的或未知厚度的支承工作台。在这里首先通过一个距离传感器代替切削刀并且在一次基准行程中经由运动确定厚度变化。存储该基准数据并且与一个必要时也可变的额定剩余壁厚度一起在以后的切削过程中用作为额定值。
在图3的实施形式中，支承工作台40′与在其上定位的薄皮一起沿箭头27移动。控制和调整装置56接着连续地并根据距离传感器54和62的信号确定用于伺服电机50的控制信号。按这种方式，即使在切削刀12′与一个支座(在这里即支承工作台40′)未设置刚性连接，通过对切削轴线的一种相应的监控也可以确保一个确定的剩余壁厚度。
在图4中所示的实施形式在其他的区域相当于图1中所示的那种实施形式。但现在绕刀具转轴76可转动地支承弓形件。弓形件经由一个力矩支承70支承在机器人手铰链72上，从而其独立于刀具转动保持其位置。由于切削刀12″的可转性可以沿一个任意的切削线实施一次满意的切削。在每次方向改变时，切削刀12″都进行一次相应的转动，从而切削结果是最好的。
还特别有利的是工件通过切削刀具的容易的可接近性。在图5a至5c中可看出三种不同的实施形式，借其在一种至少在切削过程中切削刀与支座之间的刚性连接的情况下，刀具的相应的插入毫无问题地是可能的。
在按图5a的第一种实施形式中，U形的弓形件构成为两件式的，亦即具有一个上面的第一角形区域80和一个腿84，两者通过一个转动铰链相互连接。在腿84的与转动铰链对置的端部上设置对应支座。通过腿84相对弓形件的角形区域80的摆动，可以打开容纳空间，从而可毫无问题地插入一个薄皮元件。在插入薄皮元件或移进工件以后，可以通过腿84的向上摆动合上U形的弓形件。当然在加工过程中，U形的弓形件的两个不同的元件本身必须相互相对固定。
另一用于插入一个薄皮元件的实施形式示于图5b中，在那里弓形件的角形部分80′现在与腿84′不再通过一个铰链相连接。更确切地说，现在腿84′经由一个相应的导轨可直线移动地支承在另一弓形件部分80′上。两个元件的直线移动或固定经由一个液压缸86实现，它在一边相对弓形件部分80′而在另一边相对弓形件部分84′支承。自然促动器也可以按选择构成为气动的或电动的驱动装置。
另一用于确保毫无问题地插入或移进的实施例示于图5c中。对此与图5b的实施形式相比整个的下腿84′并不下降，而只是对应支座84″下降。由此U形的弓形件基本上保持刚性的。
图6中示出本发明的一个最后的实施形式。对此只拟进一步讨论用作为支座的对应支座92。该对应支座同时构成有一个测量头并且具有一个与一个测量探头94的连接。在薄皮插入情况下(图6中未示出)，测量头92相对一个止挡已向下移动继而与切削刀的尖端保持一段距离，该距离等于剩余壁厚度。但如果去掉薄皮，则测量头92可以向切削刀的方向前移，此时由测量探头94探测移动距离。按这种方式可以确定支座到切削刀具的距离。如果该距离不等于要求的剩余壁厚度，则或是存在一个有错误的调整或是切削刀在其尖端的区域内损坏。
总的来说，将切削刀具或切削刀和对应支座或支座相互这样地连接(被动的或主动的)，使得精确地确定两个元件之间的距离。当工件贴紧在对应支座上时，对应支座因此直接在切削轴线上确定切削刀的运动继而确定切削深度。一个“可能的对应支座”的使用，其中通过一个非接触式工作的传感器检测剩余壁侧面的位置，同样包括于本发明的范围内。这在工件的剩余壁侧面不直接用于对应位置时则也是如此，因为代替它工件的远离的设备侧面和剩余壁侧面或通过设备的加工预定是已知的或利用一个基准行程确定。
一种机器人运动的公差的补偿借助于主动的或被动的补偿元件实现，其沿切削轴线的方向通过工件、刀具对应支座单元的运动和/或刀具和对应支座的一种同步的单运动将刀具与对应支座之间的相对位置保持在一个确定的尺寸上。可以通过一个集成的传感器系统(力传感器、精密开关、距离传感器)监控对应支座与工件的剩余壁侧面之间的接触。
总的来说，可以实现刀具引导和工件引导的过程。亦即刀具可以是引导的或固定设置。作为刀具考虑全部的机械的切削刀具，例如一个刀片、一个具有主轴的铣刀、一个超声波刀、一个热刀、一个穿孔刀具(例如振动的针)等。
对应支座和刀具的主动的连接可以通过任意的电动的、气动的、机械的或液压的促动器或由其组合来实现。
在刀具和对应支座的一种直接机械连接中，可以利用外部的机器人坐标轴，保持弓形件离开碰撞区域。此外一个弓形件在一个刀具引导的方案中可以在机械上适配于机器人，使其位置独立于机器人的坐标轴并且能够实现对工作区域的最好的接近。旋转对称的刀具的使用还允许一个弓形件在一个最好的位置的利用。
如上所述，也可以确保对刀具的一种最好的可接近性。
本发明在减弱塑料薄皮和类似的工件，亦即薄膜等的情况下通过一面的切入确保一高的过程可靠性，因为沿切削轴线的方向确保在一个支座与一个切削刀的尖端之间的一个确定的距离。
附图标记清单
10            切削刀具
12、12′、12″切削刀(部分地可转动)
14            切削轴线
16            弓形件
18            对应支座
20            球
22            测力计
24            (待减弱的)工件
26            夹紧装置
28、28′      剩余壁厚度
30            运动方向
32、32′      支承工作台的厚度
34            支承板
36            支承台
38            螺旋弹簧
40、40′      支承工作台
50            伺服电机
52            螺旋传动装置
54            用于切削刀的距离传感器
56            控制和调整单元
58            通向伺服电机的控制导线
60            距离传感器的信号导线
62            用于支承工作台的距离传感器
64            距离传感器的信号导线
66            测量点
70            支臂
72            铰链
74            机械手臂
76            转动支架
80、80′、80″支承弓形件(第一部分)
82            铰链
84、84′、84″支承弓形件(第二部分)或对应支座
86、86′      液压缸
88、88′      用于液压缸的支承(可移动的)
90            测力计
92            对应轴承和测量头
94            测量探头
96            切削间隙
100           切削刀具(现有技术)
102           切削刀
104           伺服电机
106           调整螺杆
108           支承工作台
110           (待减弱的)工件
112           剩余壁厚度
114           基准厚度
116           传感器信号
118           距离传感器

Claims (12)

1.用于在薄膜或薄皮中产生减弱切削的设备，包括一个切削刀、一个设置在切削刀对面的支座，其中，薄膜或薄皮可设置在支座与切削刀之间并且支承到支座上并且切削刀构成为相对于薄膜或薄皮可相对运动，其特征在于，设置一个装置，借助于该装置，在切削刀与支座之间的距离可构成为沿切削轴线的方向是恒定的。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，在切削刀与支座之间构成一种机械连接。
3.按照权利要求2所述的设备，其特征在于，在切削刀与支座之间的机械连接构成为刚性的。
4.按照权利要求3所述的设备，其特征在于，借助于一个弹性装置将包括切削刀和支座的单元这样预紧，以致确保薄皮或薄膜在支座上的可靠的支承。
5.按照权利要求2至4之一所述的设备，其特征在于，为了构成机械连接，设置一个弓形件，其腹部区域周围嵌接薄膜或薄皮。
6.按照权利要求5所述的设备，其特征在于，弓形件构成为至少两件式的并且设置一个在两个弓形件部分之间起作用的运动装置，以便使两个弓形件部分相互相对运动，特别是摆动或移动。
7.按照上述权利要求1至6之一所述的设备，其特征在于，一个用于实施薄膜或薄皮和切削刀的相对运动的运动装置间接或直接地作用在切削刀上，该运动装置构成为用于使切削刀运动。
8.按照上述权利要求1至7之一所述的设备，其特征在于，一个用于实施薄膜或薄皮和切削刀的相对运动的运动装置间接或直接作用在薄皮或薄膜上或作用在一个用于薄皮或薄膜的支架上，该运动装置构成为用于使薄皮或薄膜运动。
9.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，设置一个用于检测支座沿切削轴线的位置的传感器，设置一个用于检测切削刀沿切削轴线的位置的传感器，设置一个控制和调整装置，该控制和调整装置分别得到来自各传感器的一个相应的信号，设置一个用于沿切削轴线调整切削刀的伺服驱动装置，控制和调整装置构成为用于根据用于检测切削刀位置的传感器以及用于检测支座位置的传感器的传感器信号产生一个调整信号，并且将调整信号供给伺服电机使用。
10.按照上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，切削刀构成为可绕其切削轴线转动。
11.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，设置一个用于使切削刀转动的转动驱动装置。
12.按照上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，支座对置于切削刀集成地包括一个探测装置，该探测装置在薄皮或薄膜插入时返回靠到一个止挡上，而在没有薄皮或薄膜时可移动贴靠到切削刀上，其中借助于一个传感器确定移动范围。
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