CN102458709A - 用于制造金属零件的机构、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于制造金属零件的机构、系统和方法，其中从多个材料源接收输入材料，同时生产多个金属零件，并且可以将该多个金属零件提供给下游操作以供后续加工。根据示例性实施方式，展开机构(12，14，16)展开金属卷材(36，38，40)并将三个单独的金属条(30，32，34)提供给卷材给送金属成形压力机(18)。卷材给送金属成形压力机(18)随后同时生成三个单独的坯料或金属零件(48)。接下来，零件转移机构(20)从卷材给送金属成形压力机(18)的输出侧获取这三个金属零件(48)，并将它们送给至零件装配机构(22)，零件装配机构(22)可以包括激光焊接机或其他设备。一旦金属零件(48)被适当定位，零件装配机构(22)就能够从这三个单独坯料生成金属零件装配(50)。

Description

用于制造金属零件的机构、系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年6月9日提交的第61/185,468号美国临时申请的优先权。
技术领域
一般地，本发明涉及制造金属零件，更具体地，涉及通过单个机械从多个来源接收金属材料并对该金属材料进行落料、冲压、拉延和/或以其它方式加工或成形，从而形成多个金属零件。
背景技术
某些制造系统被设计以使单个金属卷材被给送至落料压力机，落料压力机循环以单独地生产一定产量的或大量的金属坯料，这些金属坯料随后作为存货被储存和/或被转移至另一个地点，并且最终通过后续操作诸如冲压、焊接、制造、装配或其它操作对金属坯料存货进行加工。
其它制造系统基于“节拍时间”或“循环时间”，如本领域技术人员所理解的那样。节拍时间通常涉及在制造过程中每循环所允许的时间量，并且其通常决定制造过程的步调。在车辆装配过程中，例如，车辆在流水线上装配并且在某一时间量之后从一工位前进到另一工位；这个时间段可称为“节拍时间”。
发明内容
根据一个方面，提供了用于制造金属零件的系统(10)，包括：第一材料源、第二材料源、以及卷材给送金属成形压力机。第一材料源从第一金属卷材提供第一金属条。第二材料源从第二金属卷材提供第二金属条。卷材给送金属成形压力机从第一金属条接收第一材料源并从第二材料源接收第二金属条，并且卷材给送金属成形压力机在单个成形操作中成形第一金属条和第二金属条。
根据另一方面，提供了用于制造金属零件的系统，包括：多个金属卷材、第一加工机构、零件转移机构以及第二加工机构。多个金属卷材提供多个金属条。第一加工机构从多个金属卷材接收多个金属条并将多个金属条转换为多个金属零件。零件转移机构从第一加工机构转移多个金属零件。第二加工机构从零件转移机构接收多个金属零件并从多个金属零件创造金属零件装配。
根据另一方面，提供了制造金属零件的方法。该方法包括以下步骤：(a)将来自第一金属卷材的第一金属条提供给卷材给送金属成形压力机；(b)将来自第二金属卷材的第二金属条提供给卷材给送金属成形压力机；(c)通过卷材给送金属成形压力机在单个成形操作中成形第一金属条和第二金属条，从而同时形成多个金属零件；以及(d)根据制造方法的总节拍时间将多个金属零件从卷材给送压力机转移至后续操作。
附图说明
下面结合附图描述本发明的优选示例性实施方式，其中，类似的标号表示类似的元件，并且其中：
图1A是用于制造金属零件的示例性系统的俯视图；
图1B是图1A的示例性系统的立体图；
图1C是图1A的系统的一部分的放大的立体图，在系统的这部分中，多个金属卷材同时向卷材给送(coil-fed)金属成形压力机提供金属带；
图1D是图1A的系统的一部分的放大的立体图，在系统的这部分中，零件转移机构将金属零件从卷材给送金属成形压力机转移至零件装配机构；
图2A-B是与系统图1A的系统一起使用以制造金属零件的示例性工艺的示意性图解；以及
图3A-B是可用于制造金属零件的另一种示例性工艺的示意性图解。
具体实施方式
文中所描述的机构、系统和方法通常从多个材料源(例如，两个或更多个金属卷材)接收金属材料，并在单个机器或机构(例如，落料、冲压、拉延或其它类型的金属成形压力机)中加工金属材料，随后将所产生的金属零件提供给后续操作。通过协调系统的操作，使得多个金属零件被同时制造，并且随后当它们被需要时送给下一个工位(例如，根据总“节拍时间”)，该系统可在效率和成本降低方面享有一定的收益。通常，单个来源将输入材料提供给压力机并且压力机加工材料以创造一个或多个加工零件。零件随后作为存货被储存直至下游操作(诸如焊接操作)需要这些零件时。通过协调所有的机构和所涉及的步骤，使得第一加工机构在零件被需要时向第二加工机构提供这些零件，本系统和方法能够改善这种操作的效率。不仅能够降低与存货相关的成本，还可以降低提取多个零件所需的循环时间量，因为所有零件都来自同一台机器或机构。
根据图1A-D所示的示例性实施方式，制造系统10通常包括材料源12-16、第一加工机构18、零件转移机构20、以及第二加工机构22。应理解，图中所示的以及下面的段落中所描述的示例性实施方式仅仅是一些可能的应用，并且可以使用其它设置和布置来代替。
材料源12-16向制造系统10提供用于制造的材料或输入材料，根据一个实施方式，材料源12-16还包括从金属卷材36-40提供金属条30-34的三个单独的展开机构。虽然可以使用其他装置来代替，但在文中所示的实施方式中，展开机构12-16中的每一个包括卷材保持器26以及开卷装置28(见图1C)，卷材保持器26用于可旋转地保持或维持金属卷材的，开卷装置28用于从金属卷材拉和/或推材料。展开机构12-16可以向系统提供完全一样的金属条，或者它们可以向系统提供不同的金属条。例如，展开机构12可以将来自具有一定成分、质量、厚度或规格、和/或宽度的第一金属卷材36的金属条30提供给制造系统10，同时展开机构14可以将来自与在这些特性中的一个或多个不同的第二金属卷材38的金属条32提供给系统。如果第一加工机构18生产不同的零件，则材料源12-16很可能将提供不同的输入材料。在另一方面，如果第一加工机构18生产多件或多份相同零件，则材料源12-16将很可能向机构提供同一种的输入材料。
根据第一加工机构18在单个成形操作中生产不同零件的示例性实施方式，材料源12可提供由锌铁合金钢(galvaneel steel)制成并且宽度为0.4mm-0.6mm的第一金属条30；材料源14可提供由冷轧钢制成并且宽度为0.6mm-0.8mm的第一金属条32，并且材料源16可提供由热浸镀锌钢制成并且宽度为0.5mm-1.0mm的第一金属条34。其它合适的材料可包括热轧钢、电镀钢、其它含铁或非含铁金属(例如，铝)、塑料等，并且卷材的宽度也可以变化。当然，前述的实施例仅仅是示例性的，因为材料源12-16可向系统提供任何数量的不同材料并且无疑不限于这里所提供的示例性材料。应理解，文中所使用的“金属条”，广义上包括任何金属条、金属片、金属带子、金属带或其它金属薄块，并且不限于任何具体实施方式。例如，金属条30-34能够包括单层金属薄片、或包括以层压结构联合的多层金属片(例如，声音阻尼钢层压件)。
如附图中所示，材料源12-16中的每一个都具有展开机构，展开机构承载金属卷材或卷36-40，并向第一加工机构18的不同侧提供长的或连续的金属条30-34；虽然其可以是任何类型的金属成形压力机，但在该实施方式中，第一加工机构18是落料压力机。这种类型的布置不同于多个卷材被给送至压力机的同一侧并以层叠方式分层的系统。在本系统中，可以同时落料、冲压、拉延或以其它方式形成具有不同尺寸和/或形状的金属零件；在分层的或层叠的系统中，即使能够在一个循环中制造多个元件，一次也仅能够加工一种类型的零件。可以通过一次制造多个不同零件来享有某些优点，这将在下面更加详细地说明。虽然图1A-3B所示的实施方式全都示出向第一加工机构18提供三个单独的金属条30-34的三个单独材料源12-16，但应理解，还可以使用更多或更少的材料源，并且不同于展开机构的材料源也是可能的。某些可替换的实施方式包括，例如，向第一加工机构18提供多个金属坯料而非多个金属条，并且使用两个或四个材料源而非三个。
第一加工机构18从多个材料源12-16接收输入材料，并随后剪切、落料、冲压、成形、拉延或以其它方式形成或加工输入材料以同时生产多个金属零件。在该具体实施方式中，第一加工机构18是从多个金属卷材36-40接收金属条30-34并随后在单个落料操作中落料多个金属零件的卷材给送金属成形压力机(例如，落料压力机)。因此，在金属成形压力机18的单个循环中，能够同时成形多个金属坯料。应理解，第一加工设备18可选地包括切断或剪切工位、冲压压力机、成形压力机、拉延压力机、或本领域已知的任何其它合适设备。在图中所示的示例性落料压力机18具有四个侧面，其中三个侧面是输入侧，从材料源12-16接收输入材料，而第四侧面是用于零件移除的输出侧。本领域技术人员应理解，第一加工机构18可以包括或不包括用于在制造过程中维持或保持输入材料或工作件的装置。如果第一加工机构18是落料压力机，则将输入材料稳定和维持在合适位置上的工作可能落到不同的展开机构12-16上；如果第一加工机构18例如是冲压或拉延压力机，则用于将输入材料保持在合适位置上的稳定装置如材料网状物、指状物等可以是冲压压力机本身的一部分。
零件转移机构20将金属零件从第一加工机构18移除并将它们送到第二加工机构22，第二加工机构22可以是包括各种类型的焊接机的多种不同机器中的一种。任何类型的合适的零件转移或零件提取机构都可以用来将零件从第一加工机构18转移或移除至第二加工机构22。零件转移机构20包括，例如，机械人提取器44，机械人提取器44包括磁力型、吸取型或其它类型的夹取或抓取装置46(见图1D)。在图中所示的示例性实施方式中，机器人提取器44具有臂，该臂装备有多个吸取装置46，该多个吸取装置46用于从第一加工机构18的专用零件移除侧同时接合并移除金属零件48并将金属零件送给第二加工机构22，在这种情况下，第二加工机构22是激光焊接工位。通过同时转移多个金属零件，制造系统10能够减小与需要多件提取机构来执行这些工作的传统系统相关联的循环时间和成本。此外，应认识到，图中所示的机器人提取器44仅仅是零件转移机构20的示例性实施方式，并且可以使用诸如传送带等的其它设备来代替，也可以使用手动零件移除和转移来代替。零件转移机构20可包括多个装配、装置等。例如，两个或更多个机器人提取器和/或其它装置可以一起工作，以将金属零件48从第一加工机构18转移至第二加工机构22。
根据不同的实施方式，零件转移机构20可以仅仅用来从第一加工机构18提取金属零件48，而不将它们传送至某些其它加工机构。例如，可以将第二加工机构22从总系统中移除，从而第一加工机构18仅仅从多个金属条30-34形成金属零件48，而不将它们发送至某些下游装配操作。换句话说，制造系统10不需要同时包括第一加工机构18和第二加工机构22，虽然这种布置是优选的。
第二加工机构22从零件转移机构20接收多个金属零件48，并通过对这些零件执行某些类型的操作(诸如焊接、额外成形、装配等)来加工这些零件。在示例性实施方式中，第二加工机构22是零件装配机构，其接收卷材给送金属成形压力机18所生成的金属零件48并随后将它们装配以生成金属零件装配50。因此，金属成形压力机18生产单独的坯料、冲压件或生成某一装配和零件装配机构22所需的其它金属零件，零件装配机构22可包括激光焊接头或其它合适设备以生产激光焊接装配。机构18-22可被同步，使得它们根据制造方法的总节拍时间操作。由于卷材给送金属成形压力机18仅生产零件装配机构22所需的那些零件，并且这些零件仅在它们被需要时才提供(即，节拍时间产量)，故几乎没有存货或浪费。第二加工机构22不需要是激光焊接机，因为其可以是任何合适的设备。例如，第一加工机构18可以是剪切工位或落料压力机，而第二加工机构22是冲压压力机、拉延压力机等。
制造系统10还可以包括额外的机构。例如，制造系统10可以包括落料压力机、冲压压力机、以及激光焊接机。在这种情况下，输入材料首先通过落料压力机落料为多份，随后多个坯料被转移至冲压压力机并同时被冲压压力机冲压，随后多个冲压件被布置并通过激光焊接机构激光焊接在一起以形成金属零件装配。在另一个实施方式中，制造系统10具有落料压力机、粘接工位和/或焊接机、以及冲压压力机。落料压力机能够冲压金属基板和声音阻尼金属嵌件或补片(patchs)，而粘接工位将粘弹性声音阻尼粘合剂施加至最近冲压的基板和/或声音阻尼补片。一旦声音阻尼补片被施加至待阻尼的基板或底层结构，就可以在该装配在冲压压力机中被冲压在一起之前增加一个或多个焊接件。对可作为制造系统10的一部分的装置、机构或其它设备的数量、组合或顺序的没有限制。其它实施方式和布置对本领域技术人员来说将是显而易见的并且可以在文中使用。
在操作过程中，从多个材料源接收输入材料，同时生产多个金属零件，并随后将多个金属零件提供给下游操作以供后续加工。根据图2A-B所示的单个加工循环的示例性实施方式，本方法包括第一步骤，其中展开机构12-16展开金属卷材36-40，并向卷材给送金属成形压力机18提供三个单独的金属条30-34。可将金属条30提供给压力机18的第一输入侧60，可将金属条32提供给压力机18的第二输入侧62，并可将金属条34提供给压力机18的第三输入侧64。接下来，该方法可包括第二步骤，其中卷材给送金属成形压力机18同时生成三个单独的坯料或金属零件48。在第三步骤中，零件转移机构20可从压力机18的输出侧66获取三个坯料48，并为零件装配设备22(例如，激光焊接机)放置和/或定位这三个坯料。一旦三个坯料或金属零件48就位，零件装配机构22就能够从这三个单独的坯料生成激光焊接的坯料装配50。通过在第二步骤中生产多个金属零件并且在第三步骤中仅向零件装配机构22提供其需要的零件，示例性方法能够改善系统的效率(例如，减少的循环时间对从多个压力机提取零件的系统等)，并降低总成本系统的(例如，减少零件存货、与存货相关的储存和运输费用、单个压力机对多个压力机等)。该系统和方法的基本图解在图2A-B中进一步示出。
根据图3A-B中所示的另一个实施方式，多个材料源被定位，使得它们向延长的第一加工机构80的一侧76提供多个金属带70-74，同时从该机构的不同且专用的输出侧78提取金属零件或第一加工机构80的输出。正如前述的实施例，图3A-B所示的实施方式可包括展开机构、卷材给送金属成形压力机、零件转移机构、零件装配机构、和/或任何其他合适的部件、装置、机构等。
可以理解，前述描述并非对本发明本身的限定，而是本发明的一个或多个优选示例性实施方式的描述。本发明不限于本文所公开的具体实施方式。此外，在以上描述中包含的陈述涉及具体实施方式并且不被解释为对本发明范围的限制或者对权利要求中使用的术语的限定的限制，除非上面明确地限定了术语或短语。各种其它实施方式和对所公开实施方式的各种改变和修改对本领域技术人员而言将变得显而易见。例如，机构、系统和方法文中所描述的可使用任何数量的材料源，包括两个、三个、四个、五个材料源等。此外，即使上述工作件被称为“金属零件”和“金属零件装配”，这些件无疑也可以具有非金属件。例如，金属零件可以在装配阶段与一个或多个塑料或其他非金属零件结合。不需要将文中所描述的机构、系统和/或方法限制为唯一地利用金属工作。所有这种其它实施方式、改变、和修改趋于落入权利要求的范围内。
在本说明书和权利要求中使用的词语“例如”、“举例来说”、“比如”、“像”和“诸如”、以及动词“包括”、“具有”、“包含”与一个或多个成分或其它项目结合使用时，它们每一个被解释为开放性的，意味着该清单不被认为排除其它附加的成分或条目。除非在需要不同解释的背景下使用，否则其它词语应被解释为使用期最广泛的合理意义。

Claims (21)

1.用于制造金属零件的系统(10)，包括：
第一材料源(12)，从第一金属卷材(36)提供第一金属条(30)；
第二材料源(14)，从第二金属卷材(38)提供第二金属条(32)；以及
卷材给送金属成形压力机(18)，从所述第一材料源(12)接收所述第一金属条(30)并从所述第二材料源(14)接收所述第二金属条(32)，其中所述卷材给送金属成形压力机(18)在单个成形操作中形成所述第一金属条(30)和所述第二金属条(32)。
2.如权利要求1所述的系统(10)，其中所述第一金属条(30)和所述第二金属条(32)在下列特征中至少有一个彼此不同：成分、质量、厚度和/或宽度。
3.如权利要求1所述的系统(10)，其中所述卷材给送金属成形压力机(18)在其第一输入侧(60)接收所述第一金属条(30)，在其第二输入侧(62)接收所述第二金属条(32)，并将形成的金属零件(48)置于所述卷材给送金属成形压力机的出口侧(66)上。
4.如权利要求1所述的系统(10)，其中所述卷材给送金属成形压力机(80)在其单个输入侧(76)接收所述第一金属条(70)和所述第二金属条(72)，并将形成的金属零件置于所述卷材给送金属成形压力机的出口侧(78)上。
5.如权利要求1所述的系统(10)，还包括第三材料源(16)，从第三金属卷材(40)向所述卷材给送金属成形压力机(18)提供第三金属条(34)。
6.如权利要求5所述的系统(10)，其中所述卷材给送金属成形压力机(18)在其第一输入侧(60)接收所述第一金属条(30)，在其第二输入侧(62)接收所述第二金属条(32)，在其第三输入侧(64)接收所述第三金属条(34)，并将形成的金属零件(48)放于所述卷材给送金属成形压力机的出口侧(66)上。
7.如权利要求5所述的系统(10)，其中所述卷材给送金属成形压力机(80)在其单个输入侧(76)接收所述第一金属条(70)、所述第二金属条(72)和所述第三金属条(74)，并将形成的金属零件放于所述卷材给送金属成形压力机的出口侧(78)上。
8.如权利要求1所述的系统(10)，还包括零件转移机构(20)和零件装配机构(22)，其中所述零件转移机构(20)从所述卷材给送金属成形压力机(18)获取金属零件(48)并将所述金属零件送给至所述零件装配机构(22)，使得所述金属零件(48)能够被转变为金属零件装配(50)。
9.如权利要求1所述的系统(10)，其中所述卷材给送金属成形压力机(18)包括剪切工位、落料压力机或冲压压力机。
10.用于制造金属零件的系统(10)，包括：
多个金属卷材(36，38，40)，提供多个金属条(30，32，34)；
第一加工机构(18)，从所述多个金属卷材(36，38，40)接收所述多个金属条(30，32，34)并将所述多个金属条(30，32，34)转换为多个金属零件(48)；
零件转移机构(20)，从所述第一加工机构(18)转移所述多个金属零件(48)；以及
第二加工机构(22)，从所述零件转移机构(20)接收所述多个金属零件(48)并从所述多个金属零件(48)生成金属零件装配(50)。
11.如权利要求10所述的系统(10)，其中所述多个金属卷材(36，38，40)包括提供第一金属条(30)的第一金属卷材(36)和提供第二金属条(32)的第二金属卷材(38)，并且所述第一金属卷材(36)和所述第二金属卷材(38)在下列特征中至少有一个彼此不同：成分、质量、厚度和/或宽度。
12.如权利要求10所述的系统(10)，其中所述第一加工机构(18)是卷材给送金属成形压力机，所述卷材给送金属成形压力机在其第一输入侧(60)接收所述第一金属条(30)，在其第二输入侧(62)接收所述第二金属条(32)，并将形成的金属零件(48)置于所述卷材给送金属成形压力机的出口侧(66)上。
13.如权利要求10所述的系统(10)，其中所述第一加工机构(80)是卷材给送金属成形压力机，所述卷材给送金属成形压力机(80)在其单个输入侧(76)接收所述第一金属条(70)和所述第二金属条(72)，并将形成的金属零件置于所述卷材给送金属成形压力机的出口侧(78)上。
14.如权利要求10所述的系统(10)，其中所述第一加工机构(18)、零件转移机构(20)、以及第二加工机构(22)全部根据制造系统(10)的总节拍时间配合地工作。
15.如权利要求10所述的系统(10)，其中所述第一加工机构(18)包括剪切工位、落料压力机或冲压压力机，并且所述第二加工机构(22)包括焊接装置或粘接工位。
16.制造金属零件(48)的方法，包括以下步骤：
(a)将来自第一金属卷材(36)的第一金属条(30)提供给卷材给送金属成形压力机(18)；
(b)将来自第二金属卷材(36)的第二金属条(32)提供给卷材给送金属成形压力机(18)；
(c)通过所述卷材给送金属成形压力机(18)在单个成形操作中形成所述第一金属条(30)和所述第二金属条(32)，从而同时形成多个金属零件(48)；以及
(d)根据制造方法的总节拍时间将所述多个金属零件(48)从所述卷材给送压力机(18)转移至后续操作。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述第一金属条(30)和所述第二金属条(32)在下列特征中至少有一个彼此不同：成分、质量、厚度和/或宽度。
18.如权利要求16所述的系统，其中步骤(c)还包括在所述卷材给送金属成形压力机的第一输入侧(60)接收所述第一金属条(30)，在其第二输入侧(62)接收所述第二金属条(32)，并将成形的金属零件(48)置于所述卷材给送金属成形压力机的出口侧(66)上。
19.如权利要求16所述的系统，其中步骤(c)还包括在所述卷材给送金属成形压力机的单个输入侧(76)接收所述第一金属条(70)和所述第二金属条(72)，并将形成的金属零件置于所述卷材给送金属成形压力机的出口侧(78)上。
20.如权利要求16所述的方法，还包括以下步骤：
从第三金属卷材(40)向所述卷材给送金属成形压力机(18)提供第三金属条(34)。
21.如权利要求16所述的方法，其中所述步骤(d)还包括将所述多个金属零件(48)从所述卷材给送压力机(18)转移至零件装配机构(22)，并从所述多个金属零件(48)生成金属零件装配(50)。
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