CN101970271A - 用于螺旋压力机的双力压头驱动装置 - Google Patents

Abstract

紧固件压力机的压头的精确运动由高扭矩和低扭矩电机控制，以分别对压头进行高速/弱力和强力的冲压。高扭矩电机表示驱动穿过双向超越离合器。该离合器由两个独立的电机的相对运动进行控制，它们的驱动速度由一控制器调节。因此只通过其驱动装置与被驱动元件的相对速度来控制离合器动作。这在压头的高速/弱力和低速/强力的操作之间提供了一个非常平稳和反应敏捷的过渡，使得冲压周期可以尽可能地快速和高效。

Description

用于螺旋压力机的双力压头驱动装置

相关申请

本专利申请涉及2007年9月14日提交的、发明名称为“用于紧固件压力机的设定系统”、序列号60/972,436的临时专利申请和2007年9月14日提交的、发明名称为“用于螺旋压力机的双力压头驱动装置”、序列号60/972,447的临时专利申请，这里要求它们作为优先权。

技术领域

本发明涉及紧固件压力机，它采用伺服电机以精确控制压头位置。更具体地，本发明涉及一种伺服电机驱动的压头，它具有使用离合器式驱动机构和由控制器调节的、独立的强力和弱力的驱动电机。

背景技术

紧固件压力机的理想特性是高速和强力。使用单个驱动单元来实现这些特性是不切实际的，因为有成本高、功率大和物理尺寸大的限制。然而，具有高速接近冲压位置和然后在较低速度以强力进行插入冲压的冲压运动曲线提供了一个解决方案。

为实现这种运动曲线，根据本申请，压力机利用一种双电机伺服系统来控制压力机压头的速度、位置和力以适当的力或距离来安装紧固件。高扭矩驱动装置被啮合以将压头驱动到合适的力或位置。在插入后，高速电机将压头返回到原来的位置。

因此，在现有技术中对压力机的压头驱动装置存在一种需求，它能够准确可靠地同时提供高速和强力。另一个需求是一种准确和可靠的压头驱动装置和压力机，它可以经济地生产且不需要复杂的操作技能。

发明内容

本发明被设计用于满足现有技术的上述需求。一种紧固件压力机如图1所示，例如由宾科工程和制造公司(Penn Engineering and Manufacturing Corp.)生产和出售的Pemserter 3000系列压入安装机，它采用可以通过强力压头驱动功率的双向超越离合器。上述离合器由两个独立的电机驱动装置的相对运动控制，这将在下面详细说明。双向超越离合器是市面上有售的组件，它包括被辊子包围的规则多边形的内轮毂，所述辊子被外轮毂包围，如图3所示。内轮毂和外轮毂连接到分别的轴。内轮毂的轴可以沿顺时针或逆时针方向驱动外轮毂的轴，如果内轮毂轴的旋转速度比外轮毂的更大。如果外轮毂速度大于内轮毂，则离合器脱开，外轮毂可以与内轮毂独立地旋转。因此，离合器的动作只通过其驱动装置与被驱动元件的相对速度控制。这在高速/弱力和低速/强力的压头操作之间提供了一个非常平稳和反应敏捷的过渡，使得冲压周期可以尽可能地快速和高效。这些结构可与在同一申请人的临时专利申请序列号60/972,436中公开的用于紧固件压力机的设定系统一起使用。

在详细解释本发明的至少一个实施例之前，可以理解的是，本发明不仅限于本申请中的详细结构以及在随后的说明书中描述并在附图中显示的元件的安排。本发明可以用其它实施例和以各种方式实现和实施。还可以理解的是，这里的措辞和术语均用于描述的目的，不应被视为限制性的。

同样地，本领域技术人员将会明白，作为本公开基础的概念可以很容易地作为基础来设计其它结构、方法和系统以实现本发明的多种目的。因此，将权利要求书视为包括等同构造是非常重要的，只要它们不脱离本发明的精神和范围。

附图说明

图1是利用本发明的冲压机的左前等轴测视图。

图2是显示本发明的主要组成部分的图。

图3是本发明的双向离合器的顶前左等轴测视图。

图4是本发明的双向离合器的正视剖面图。

图5是本发明一个实施例的冲压曲线的一个图表，显示压头速度随时间的变化。

具体实施方式

现在参照图1，显示了采用本发明的冲压机4，它包括一个C型框架1，所述框架支撑被压头3往复地冲击的一个铁砧2。

现在参照图2，其中公开了本发明的主要组成部分，包括用于支撑本发明的基本机械部件的一个框架，其中包括高速机械驱动器和高扭矩电机。上述框架还支撑一个螺旋驱动装置，它可在两个方向由高速或低速电机装置操作。双向自脱开离合器连接到高扭矩电机装置，它包括电机/齿轮减速机组合。可编程逻辑控制器通过螺杆驱动装置调节两个电机的运作，从而调节压头的运动。双向离合器通过一个同步带连接到螺杆驱动装置的主轴。逻辑控制器根据一个冲压曲线调节压头的运动，下面将参照图5更具体地描述冲压曲线。

继续参照图2，压力机的压头由一个螺旋致动器移动，上述螺旋致动器的轴直接耦合到高速电机装置，在该实施例中它是市面上有售的设备，通常称为机电致动器。该设备包含螺杆驱动机制，因此其内部的轴在位于展开和收回位置之间的范围中往复运动。该驱动轴也通过一个齿轮皮带驱动装置耦合到上述离合器的输出端。所述离合器的输入轴耦合到高扭矩电机。所述离合器通过由控制器调节的分开的无刷直流或交流伺服电机的相对速度而操作。每个电机具有一个反馈器件如编码器或解析器，且另一个编码器连接到主驱动器的轴，使得可以知道压头的相对位置，无论是哪个电机在操作所述压头。一个电机提供高速的驱动，而第二个电机是高扭矩的驱动装置，它是比率为10比1的综合伺服齿轮电机。高扭矩电机具有自己的编码器以进行通讯和控制，其输出轴通过上述由皮带传送的高扭矩离合器耦合到高速电机的驱动轴。在离合器啮合时，高扭矩电机可以旋转螺旋致动器。离合器的啮合是通过调节电机的速度实现的，当另一个电机运行速度更快时，将压头的操作从一个电机切换到所述另一个电机。

现在参照图3和图4，本发明的双向离合器是在机械领域公知的市面上有售的一种设备。图4是双向离合器的剖面图，更详细显示了其结构。外轮毂的轴承载离合器的输出，且通过皮带驱动装置连接到高速电机的轴，如图2所示。内轮毂的轴连接到齿轮电机的高扭矩输出。

操作

压头所需的移动可以描述为四个阶段：

1.高速向下设定或向上返回原来位置；

2.在任何移动之后向上高速移动，不需要强力；

3.强力冲压；和

4.在强力冲压后向上移动。

下面详细说明本发明的一个实施例。上述的压头所需移动的四个阶段中每个移动阶段分别按照下面的步骤具体进行：

1.移动高速轴向下以设定和向上以返回原来位置的顺序：

a.启用高速伺服驱动装置，它将保持位置

b.启用高扭矩

c.增加高扭矩轴+0.015”，以确保离合器是松开的

d.0.050秒进入所述移动，启用高速轴

e.向下运行高速轴，而高扭矩正在完成其移动

f.禁用高扭矩

2.在任何移动之后不需要高扭矩轴的力而向上移动高速轴的顺序：

a.启用高速，因为它只向下运行

b.启用高扭矩

c.增加高扭矩轴-0.015”，以确保离合器是松开的

d.0.050秒进入所述移动，启用高速轴

e.向上运行高速轴，而高扭矩正在完成其移动

f.禁用高扭矩

3.使离合器啮合以用高扭矩轴进行冲压的顺序：

a.启用高速伺服驱动装置-它将保持位置

b.启用高扭矩

c.增加高扭矩轴+0.015，以确保离合器是松开的

d.向下移动高速轴，两个移动结合在一起(套准移动(registration move)和塌陷移动(collapse move))

e.对行程作出逻辑决定，以确保在适当的窗口和其它条件都被满足的条件下触发压头传感器

f.在高速轴移动时，启用高扭矩

g.使高扭矩轴开始在工件之上移动约0.650”--它以比高速轴更慢的速度运行，因此压头仍然被高速轴以8IPS驱动，而高扭矩以明显低于这个速度(0.80-1.6IPS)的速度转动

h.在高速轴减速到零时，高扭矩接管压头的运动

i.高速轴结束它的移动和被禁用

j.向下运行高扭矩轴以根据应变计输入完成冲压

4.在用高扭矩轴冲压后脱开离合器的顺序：

a.在高扭矩轴完成所有的冲压和停下后，根据力计算脱开距离，以卸载施加 在离 合器上的力，这将导致压头的返回驱动。

b.移动高扭矩轴-.xxx距离＝(力/16000)*-0.150

c.保持启用高扭矩

d.重新启用高速轴

上述运动受控制器调节，它决定了高速电机和高扭矩电机的速度，这些电机与图2的插在高扭矩电机和螺旋驱动器之间的离合器相结合，遵循确定了压头运动的预定冲压曲线。

图5是一个典型的冲压曲线。X轴代表以秒为单位的时间，Y轴代表速度(英寸每秒)。虚线9表示高扭矩电机的典型动作，实线8代表高速电机的动作，在它涉及压头的移动时。在进程的开始，第一步动作是在启动高速电机之前启动高扭矩电机。该动作可以确保在高速电机取代高扭矩电机时离合器将脱开。当实线越过虚线时(从左至右阅读)，高速电机取代高扭矩电机，然后对压头进行控制。然后在高速电机动作的过程中，高扭矩电机减速以及停止。在图的中点，高速电机的动作(实线)向冲压位置接近。此时高扭矩电机开始加速，而高速电机正在减速。当虚线超过实线时，高扭矩电机进行控制，且冲压的顺序开始进行。一旦冲压完成，高扭矩电机减速。在按下后的返回行程上，高扭矩电动机反向启动并开始加速。然后高速电机启动并开始以更快的速率加速。当实线越过虚线时，高速电机取代高扭矩电机和进行控制。高速电机完成上述动作并减速至停下来。这一周期已经完成，准备下一个周期。

因此，上述内容被认为是仅仅用于说明本发明的原理。此外，由于本领域技术人员可以进行大量的修改和变化，不希望将本发明限制为上面描述和显示的具体构造和操作，因此，所有适当的修改和等同物也应落入本发明的范围中。

Claims (8)

1.冲压机的驱动装置，包括：

框架；

安装在所述框架上的螺杆驱动装置，所述驱动装置由第一电机装置在相反的方向中可选择地旋转；

安装在所述螺杆驱动装置上的压头，在展开和收回位置之间的范围中作往复运动；

连接到所述螺杆驱动装置以使其旋转的第二电机装置；

双向自动脱开离合器，具有连接到所述第二电机装置的输入轴和连接到所述螺杆驱动装置的输出轴，由此只要所述输出轴被驱动的速度比输入轴的速度更大，所述离合器就脱开；和

可编程逻辑控制系统，用于通过所述第一电机装置和第二电机装置的操作来调节所述压头的位置，由此在移动所述压头的快速运动阶段的过程中，所述第一电机装置被信令以比第二电机装置更大的速度旋转所述螺杆驱动装置，从而所述离合器脱开。

2.根据权利要求1的驱动装置，其特征在于，在移动所述压头的强力阶段的过程中，在所述控制系统信令所述第一电机装置以比第二电机装置更小的速度操作时，所述离合器啮合，由此所述压头被第二电机装置移动。

3.根据权利要求1的驱动装置，其特征在于，还包括与所述逻辑控制系统电连接、用于检测所述压头位置的装置。

4.根据权利要求1的驱动装置，其特征在于，所述第一电机装置是高速低扭矩电机，且所述第二电机装置包括一个插在所述第二电机装置和所述离合器的输入轴之间的齿轮减速器，由此以高扭矩和低速驱动所述离合器的输入轴。

5.根据权利要求1的驱动装置，其特征在于，在两个电机装置同时工作时，所述第一和第二电机装置都总是在同一方向旋转所述驱动螺杆。

6.用于操作根据权利要求1的冲压机的驱动装置的方法，其特征在于，所述逻辑控制器按照图5的压力曲线调节所述压头的运动。

7.用于操作冲压机的驱动装置的方法，包括四个阶段：

第一阶段，以高速移动所述压头向下设定或向上返回原来位置；

第二阶段，其中在任何压头移动之后将所述压头向上移动，不需要强力；

第三阶段，其中以强力移动所述压头以实现对工件的冲压；和

第四阶段，其中在上述第三阶段的强力冲压之后将所述压头向上移动。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述第四阶段包括以下步骤：

基于冲压力计算所述离合器的脱开距离，以卸载施加在所述离合器上的返回力；

信令所述高扭矩电机装置向上移动所述压头经过上述脱开距离，同时信令所述高速电机装置向上移动所述压头。

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