CN1230916A

CN1230916A - 电磁压机

Info

Publication number: CN1230916A
Application number: CN97198103A
Authority: CN
Inventors: M·D·斯特隆; M·A·耶奥曼斯
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: Whitaker LLC
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 1999-10-06
Also published as: US5813274A; EP0932492A1; US5974853A; JP2001501131A; WO1998012044A1; AU4485297A

Abstract

一种用于执行生产操作的电磁压机,包括可操作地连接到往复部件上的机具(60),往复部件包括杆(22)和通过固定板(31)连接到杆(22)上的电磁体(41)。控制电路(200)使往复电磁体(41)和固定电磁体(51)通电,用于在电磁体(41,51)中感应产生吸引磁场,并改变磁场的极性以消除剩磁,以及在返回冲程中缓冲电磁体(41)的复位。

Description

电磁压机

本发明涉及一种用于生产操作的电磁压机，例如用于将电线端子端接到电线上，尤其涉及通过一控制电路对压机的端接循环的控制，所述控制电路消除了中间循环和压机的电磁体间的剩磁，从而使每次端接所需的循环时间最少。

用于将电端子端接到电线上的压机一般使用线性气动或旋转电动致动器，以提供将端子压接到电线上所需的力。从性能的角度看，由于这些致动器经常能量不足，难于控制，特别是不易于保养，现已经开发出一类不同的使用电磁体的压机。在这类电磁压机的通常设计方案中，一对电磁体连接到电路上，所述电路用来向电磁线圈提供电流，使其感应产生吸引磁场。其中一个电磁体可操作地连接到一可移动的轴上，所述轴将力传递给压接机具，依次，压接机具将压接力传递给端子，从而将端子压接到电线上。电磁压机的优点是能产生几吨数量级的压接压力，但也产生了关于这些力的控制问题。

US专利3,584,496(`496)和3,783,662(`662)公开了记载有前述设计的电磁压机的控制的现有设备。首先参阅专利`496，其中描述了两个电路。第一个电路构成一个实施例，该实施例从电源向一对电磁体的线圈施加脉冲电流。其中一个电磁体是固定的，另一个电磁体可往复运动并安装在机具轴上。根据对具体工件的已有经验，可预定脉冲电流和振幅。电路没有设置控制传送给电磁体的电流的检测器或反馈系统。通过采用反馈系统，第二个电路使用了恒压力，反馈系统包括力转换器，例如压电装置或应变仪。力转换器用来检测施加到压接机具的台砧上的力。力转换器将相应的电信号传递给比较器，比较器将转换器信号与参考信号比较，如果信号之间存在差异，比较器将控制信号传送给电源，以改变输出给电磁体的能量，直到转换器信号足够接近参考信号。然后，时间电路控制向端子施加压力的时间间隔，即停留时间，该时间等于预定的时间。在停留时间的末端，端子已被压接，电磁体被释放，在弹簧力的作用下，可往复运动的电磁体返回到初始位置，准备下一个压接循环。

专利`662中描述的设备是对`496设备的改进，为了限制电磁体的初始电流在其中加入一减速电路，从而可以控制压接机具的速度并避免下冲程时机具中多余的动能。当机具与工件开始接触后，增加施加给电磁体的电流以产生足够的压力。如上述专利`496中的转换器/比较器电路被用来控制在停留时间期间施加的力。当参考信号与转换器信号值一致时，切断电磁体的电源，往复运动的电磁体返回非移动位置，准备下一个循环。

上述电磁压机的缺点是，在电磁体的电源信号已经为零后，在电磁体间仍然存在磁场。这个问题的产生是因为电磁体材料没有返回它的原始状态，即不存在磁场的状态，而且，即使除去电路感应的磁场后，电磁体材料中仍存在剩磁。这种剩磁导致电磁体之间的吸引力的延续，从而推迟了它们为准备下一压接循环的相互分离，因此导致无益地延长了循环时间。而且，使用转换器检测压接机具的压力并将控制信号传送给比较器进行处理，增加了整个控制系统的响应时间。此外，使用转换器增加了主要设备和现有设备的维护费用。另外，当电磁体在弹簧力的作用下返回时，电磁体有可能发生突然地停止，即在上冲程时与邻接面撞击，从而可能损坏压机的部件。已有设备的另一个缺点是，不适于接收具有自动端子供给机构的标准压力机具。

综上所述，所需要的电磁压机具有最少循环时间，在上冲程时避免撞击，适于接收具有自动端子供给机构的标准压力机具，并且制造费用低。

参照附图将说明本发明的一个实施例，其中：

图1是本发明电磁压机的立体图；

图2是沿图1的线2-2截取的电磁压机的截面立体图；

图3是图1和2所示电磁体的截面立体图；

图4是本发明的控制系统的方框图；

图5是本发明压接循环期间描述的示波器曲线，曲线的上部指示了作为时间函数的电流，曲线的下部指示了作为时间函数的位置。

如图1所示，电磁压机10包括一将端子压接到电线上的端接或操作部分12和一包括电磁体的力产生部分14，所述电磁体产生压机将端子压接到电线上所需的压力。另外，电磁压机10由图4所示的随后详述的控制电路200控制。

端接部分12包括往复运动部件20和压接机具60。往复运动部件20和机具60通常安装在固定的上板31的上方，上板最好由非铁磁材料制成，例如，铝。往复运动部件20包括通过螺栓26刚性连接到往复杆22上的顶板21，所述杆具有环绕该杆的螺旋弹簧23，用于在机具60操作过程中弹簧偏压顶板21。压接机具60是标准压力机具，例如，宾夕法尼亚州(Pennsylvania)，Harrisburg，AMP公司制造的小型快速端子压机(MiniQuick Change Applicator terminal applicator)；但是，其它机具也能用于本发明。机具60通过滑块结合器24可操作地连接到顶板21上，并包括沿第一动作线滑动安装在固定滑块箱62中的滑块61。滑块61设置得可迫使压接机具63向放置在电线67上的端子64移动，电线放置在用于压接端子64和电线67的台砧66上。机具60还包括常规的具有凸轮边68a的平板形凸轮板68，用于在滑块61的下冲程驱动端子供给机构(未表示)。平板形凸轮板68由紧固件69连接到滑块61上，以与滑块一起往复运动，凸轮边68a指向台砧66，但是，普通技术人员可以理解凸轮边68a也可以位于平板形凸轮板68的顶部，从而在上冲程驱动端子供给机构。在上或下冲程驱动供给机构所需的力约为175(磅)lbs。

在本发明的一个优点中，机具60安装在杆22之间，从而使机具60能接纳侧边或端部送进型端子装置。由于板31的前端面31a和相应的杆22的中心之间限定的距离X1和X2不同，杆22略微斜地安装在板31上。这样，如图1所示，侧边送进机构能安装在机具60的左手侧。

力产生部分14包括一刚性安装在杆22上的上电磁组件40和一刚性安装在板32上的下电磁组件50。在压接循环中，上电磁组件40在箭头A指示的动力或下冲程方向和箭头B指示的返回或上冲程方向往复运动，随后详述。板31由一对角柱34(图中仅显示了一个)和一个心柱35支撑，如图2所示。

通过显示沿图1的线2-2截取的压机的截面图，图2更详细地描述了本发明。顶板21由螺栓26连接到杆22上，螺栓被拧到杆22中的螺纹孔中，从而将杆22刚性连接到顶板21上。杆22可往复滑动地通过套管37，套管最好是尼龙型。套管37插进上板31的孔中，杆22穿过此孔沿偏离滑块61的第一动作线的相应的第二动作线往复运动。杆22连接到钢板42中的相应的螺纹连接件27中。如上所述，上板31由心柱35支撑，并刚性连接到心柱35和一对基本相同的角柱34上，图中只能看见角柱34中的一个。紧固件36将板31连接到心柱35上，紧固件26将上板31连接到角柱34上。同样下板32由紧固件38连接到心柱35上，并用紧固件(未显示)刚性连接到角柱34上。

参照图2和3，上电磁组件40包括具有接收电磁线圈44的线圈接收槽41a的电磁体41。线圈44导电地连接到控制电路上，随后详述。电磁组件40还包括刚性连接到杆22上的钢板42，钢板42用紧固件45刚性紧固到电磁体41上。电磁体41的中心孔43设置有衬套46，衬套最好是含油黄铜材料制成的，用于滑动接收由此穿过的柱35，从而在电磁体41往复运动过程中沿柱35引导磁体41。

底电磁组件50包括一用紧固件52刚性连接到底板32上的电磁体51。电磁体51包括放置在槽51a中的线圈54和一铜板56，铜板56同心放置在电磁体的顶部上方，用于在压接循环的下冲程隔离电磁体41，51，并在电磁体41的下冲程当电磁体极度靠近时减震。

在优选实施例中，电磁体41，51是一对配套的圆锥形电磁体，最好由低碳钢材料形成，如图3所示。电磁体41包括平面部分47、圆柱部分48和指向下电磁体51的截头圆锥形部分49，上述各部分与心孔43的轴线共轴。下电磁体51包括相应的互补平面、圆柱和截头圆锥形部分57，58，59。平面部分47，57在小间距时提供了高数量级的垂直分力。由于在电磁体的最大间距时，截头圆锥形部分49也更靠近电磁体51，因此它能提供足以克服压机最初的机械惯性和弹簧23的弹力的垂直分力，并提供送进端子供给机构所需的力。通常，当整个平面电磁体相互靠近时，吸引力是很高的，但是本发明所需的冲程长度使电磁体41，51分开到一定程度，即，平面部分47，57的吸引力太小而不能启动压接循环。因此，截头圆锥形部分49提供的垂直分力是非常重要的，因为该力受益于电磁体41的运动。这样，就不需要辅助动力源，例如气缸，在开始时将电磁体41带向电磁体51直到平面部分47，57的吸引力足以启动压接循环。

图4显示了控制电路200和控制系统的实现H-桥电路202的控制的元件。所述元件包括：未调节电压电源201；带有晶体管203，204的H-桥电路202；电磁体41，51各自的磁线圈44，54；电流检测电阻205；MOS栅极驱动器调节电压电源206；MOS栅极驱动器207；微控制器调节电源208；包括作为一个整体部分的脉冲宽度调制控制器(PWMC)的程序微控制器209；光隔离器210；模拟隔离放大器211；信号调节电路212。

未调节电源201提供为供给电磁体41，51的线圈44，54所需的高电力。另外，除了微控制器调节电路外，未调节电源201，调节电源206，MOS栅极驱动器207，H-桥电路202和电流检测电阻205以相同接地为基准，从而在光隔离器210和MOS栅极驱动器207之间及电流检测电阻205和信号调节电路212之间设置光隔离。由于它们以不同接地作为基准，光隔离器210和模拟隔离放大器211一起在H-桥电路和电路的微控制器侧之间提供光隔离。与微控制器209相连的PWMC按照微控制器209的指令，通过调制MOS栅极驱动器207的电压，可控制通过H-桥电路202的电流。

MOS栅极驱动器207的功能是接收来自微控制器209和PWMC的信号，然后激活H-桥电路202的合适的晶体管203或204。当晶体管203被激活时，电流在箭头C的方向流过电磁体41，51的线圈44，54；另一方面，当晶体管204被激活时，电流在相反的箭头D指示的方向流过。电流流过线圈44，54，感应产生围绕电磁体41，51的磁场，例如+/-极性；改变电流方向，使通过线圈的极性改变为-/+状态，并改变围绕电磁体41，51的磁场的极性。通过线圈44，54的任何电流必须通过电流检测电阻205，通过此电阻产生的电压由模拟隔离放大器211检测。模拟隔离放大器211将电压信号以模拟信号的形式传送到信号调节电路212，该电路为微控制器209处理所述信号。微控制器209读出与流过电流检测电阻205的电流成比例的电压的信号，读出作为电流特征的电流变化率，将该变化率与程序值比较，确认信号中的变化率足够接近程序值，并激活H-桥电路。微控制器209也用来执行时间功能，在预定的时间，即当电流符合某一程序条件时，借助于PWMC和MOS驱动器207来改变线圈44，54的极性，下面将进一步说明。

参照前述附图，特别是图5，现在将说明本发明电磁压机的操作。图5代表了压机10的一个压接循环的示波器曲线。图5的上部表示作为时间参数的电流的图形，即i(t)，图的下部表示作为时间参数的电磁体41的位移的图形，即y(t)。i(t)的图形包括线段91-97，y(t)的图形包括线段101-105，下面将更充分的说明。

在压接循环的开始，微控制器209命令PWMC借助于MOS栅极驱动器207将输出给电磁体41，51的电压升高到一预定的最大值，如i(t)中91线段所示，在该值在电磁体41，51中产生最大的吸引磁场。在激活晶体管203而不激活晶体管204的条件下，首先设定H-桥电路202产生第一吸引极性+/-，即电磁体41放射正磁场，电磁体51发射负磁场。此时，如上所述，由于垂直分力的主要部分由与电磁体51相关的截面圆锥形部分49产生，压机的机械惰性和弹簧力开始被克服了。此外，该分力足以驱动端子供给机构。这样，电磁体41开始移动，如y(t)中101线段所示。

随着电磁体41移向电磁体51，平面部分47，57的强大的磁场移动得更靠近在一起，导致较少的电流从电磁体流过，这样，在i(t)的92线段出现了一个负的斜率或变化率。模拟隔离放大器211则检测电流检测电阻205两端之间的电压变化，并通过信号调节电路212将信号传送到微控制器209。微控制器209读出i(t)和它的变化率，然后降低通过PWMC、MOS栅极驱动器207和H-桥电路输出给电磁体41，51的电压。当i(t)下降时，电磁体41在图1-2中箭头B的方向移向电磁体51，从而在相同的方向，即在动力冲程方向牵引杆22，顶板21，滑块61和压接机具63。重要的是，随着电磁体41移向电磁体51，机械能贮存在弹簧23中，并且贮存的能量在压接端子期间达到最大值，通常在y(t)的103线段。而且，除了压缩弹簧所需的能量外，电磁体的吸引力的数值也被设计得足以在下冲程中运行端子供给机构。进一步，在y(t)的103线段，压接机具接触端子64，并开始和继续将端子64压接到导线67上。然而，压接必然产生机械阻力，并阻碍电磁体41的移动。当克服这种阻碍时，电磁体41，51产生电反应，并开始引起附加电流流过电流检测电阻205，如i(t)在93线段的正斜率所示。模拟隔离放大器211检测到该电流，并将信号传送到微控制器209。微控制器209将变化率与程序值比较，并命令PWMC将输出电压增加到预定值，并停留足够的时间以实现高质量的压接。停留时间通常等于y(t)的103线段所示的时间间隔，并按程序送入微控制器209中。在停留时间期间电磁体41，51产生的压接力为4,000-5,000磅(1bs)数量级。

在停留时间结束后，经过PWMC和MOS栅极驱动器207，微控制器209没有激活H-桥电路的晶体管203，而激活了晶体管204，从而使电磁体41，51的磁场极性反向。当极性改变时，i(t)通过在点94的零幅值，并移向线段95的预定幅值。激活H-桥电路202的晶体管204的结果是，第一极性+/-反向为第二极性-/+，即电磁体41现在发射负磁场，电磁体51发射正磁场。本发明的突出优点是，极性的反向消除了电磁体41，51感应的剩磁，从而减少了循环时间，电磁体41能迅速地返回初始位置，下面将进一步叙述。

在对应y(t)的线段104的点，如上所述，弹簧23的贮存能量是最大值。当磁场反向且剩磁消除后，微控制器209再次在零值停留一段时间，如i(t)的96线段所示，使得电磁体41，51之间的吸引力基本上为零。现在，弹簧23不受约束，开始连续地迫使滑块61，杆22和电磁体41在图1-2中箭头A的方向向上运动，如y(t)在105线段的负的斜坡所示。然而，按照本发明的另一个优点，在一预定时间之后，在上述部件到达位置之前，微控制器209使H-桥电路202再次改变磁场的极性，从激活晶体管204的第二极性-/+，回到激活晶体管203的第一极性+/-，即电磁体41发射正磁场，电磁体51发射负磁场。并且，微控制器209给出通常的i(t)台阶幅值的指令，如i(t)的97线段所示。按照这个台阶i(t)指令，电磁体41，51中再次感应磁场。然而，按照本发明的另一个优点，最后感应的相吸磁场具有一个分力，该分力指向弹簧23产生的分力的反方向，即i(t)的区域97感应的磁场使电磁体41按箭头B的方向指向。然而，这个吸引力不足以改变在箭头A方向的电磁体41的运动，但是，在运动部件返回各自的初始位置的过程中，可形成相对这些运动部件之动能的一个平衡力，而这个相反方向的力能缓冲电磁体41的复位。在返回冲程实现的这种缓冲避免了电磁体41和板42对上板31的撞击，从而避免通常的电磁体41和压机10的损坏。另外，在本发明的另一个优点中，预设弹簧23的弹变特性能提供足够的力使机具60在返回冲程驱动端子供给机构。当所述部件返回它们的原始位置后，压机10准备下一个压接循环。

虽然公开了一个优选实施例，但可以理解本发明不限于这些实施例，在附属权利要求的范围内可以有其它各种实施方式。

Claims

1.一种压机，用于执行生产操作，包括一具有机具部分的操作部分和一与所述操作部分相连的力产生部分，所述机具部分具有一在做功和返回冲程中可在台砧上方运动的滑块，所述力产生部分提供力以实现生产操作，所述压机的特征在于：

(a)所述力产生部分包括第一组力产生件，所述第一组力产生件包括作为压机控制电路的一部分的电磁体，至少一个电磁体与所述操作部分相连，用于在所述压机控制电路的启动期间向所述机具部分施加力；

(b)所述操作部分包括第二组力产生件；和

(c)所述机具包括一供给机构接口，所述第一和第二组力产生件向机具提供足以驱动滑块做功和返回冲程及驱动供给机构接口的力。

2.如权利要求1的压机，其特征在于，所述第二组力产生件包括用于驱动所述返回冲程和所述供给机构接口的偏压件。

3.如权利要求2的压机，其特征在于，所述偏压件包括弹簧。

4.如权利要求1的压机，其特征在于，所述第二组力产生件包括可动刚性件，所述刚性件可操作地连接到偏压件和所述机具上，用于驱动所述返回冲程和所述供给机构接口。

5.如权利要求1的压机，其特征在于，所述至少一个电磁体在所述做功冲程期间相对移动离开所述台砧。

6.如权利要求1的压机，其特征在于，所述至少一个电磁体包括一个孔，并在所述做功和返回冲程期间可相对于所述孔中的导向件运动。

7.如权利要求6的压机，其特征在于，所述导向件包括一固定轴。

8.如权利要求1的压机，其特征在于，所述至少一个电磁体和所述滑块在所述做功和返回冲程期间，在所述台砧的相对侧在各自的动作线方向运动。

9.一种电磁压机的操作方法，所述电磁压机具有电磁体，所述电磁体包括电控电路的一部分，所述方法包括步骤：

(a)使电磁体通电，在电磁体之间的磁场的吸引力的作用下，使至少一个电磁体被拉向另一个电磁体；

(b)检测流过电磁体的电流的斜率；

(c)改变磁场的极性，消除所述电磁体的剩磁。

10.如权利要求9的操作方法，其特征在于：还包括步骤：

(d)在改变磁场的极性前，检测所述电流斜率的预编程性质。

11.如权利要求10的操作方法，其特征在于：还包括步骤：

(e)再次改变电磁体的磁场，以作为压机中动态物体的动能的平衡能量。

12.如权利要求9的操作方法，其特征在于，步骤(a)由所述电路中的脉冲宽度调制器根据微控制器的指令执行。

13.如权利要求9的操作方法，其特征在于，步骤(b)由一控制回路执行，控制回路取得电流检测电阻两端的电压，利用模拟隔离放大器将电压转换成模拟信号，将模拟信号传送给微控制器，微控制器读出模拟信号。

14.如权利要求13的操作方法，其特征在于，步骤(c)通过根据微控制器的指令不激活H-桥电路的晶体管和激活其它晶体管而执行。

15.如权利要求10的操作方法，其特征在于，步骤(d)由程序微控制器执行，程序微控制器：

读出所述控制电路的电流检测电阻两端的电压模拟信号，所述电压与流过电磁体的电流成正比；

确定模拟电流信号的变化率；

将模拟电流信号的变化率与程序值比较；

确定模拟电流信号的变化率足够接近程序值；激活H-桥电路，该电路包括可操作地连接到所述电磁体上的晶体管，从而改变磁场的极性。

16.如权利要求11的操作方法，其特征在于，步骤(e)由具有时间功能的微控制器执行，微控制器：

确定模拟电流信号的变化率；

将模拟电流信号的变化率与程序值比较；

确定模拟电流信号的变化率足够接近程序值；

延迟程序时间；

然后激活电连接到所述电磁体上的H-桥电路，并改变磁场的极性，从而在电磁体之间再一次产生吸引力，该力包括与所述压机的动态物体的分力方向相反的分力。