CN1898059B - 带有短凸缘的片材的成形和连接 - Google Patents

Abstract

所披露的设备和方法用于形成并连接支承在座(30)中的片材周边上的短凸缘。所述设备包括一位于机械手(42)端部上的定位加压成形钢(PPFS)组件(50)。PPFS组件(50)包括一个滑动支承在缸体(56)内的毂(52)。至少一个工具钢(70，70’，70”)位于从毂(52)伸出的延伸部分(68，68’)上。通过限定保持PPFS组件(50)与座(30)之间相对关系的工具路径控制程序，夹设在缸体(56)和毂(52)之间的偏压件(58)能够精确控制成形压力。

Description

带有短凸缘的片材的成形和连接

相关申请 

本申请要求了2003年12月3日申请的美国临时申请No.60/526,559的益处。上述申请所披露的内容可在本申请中参考使用。 

技术领域

本发明涉及用于成形和连接片材的系统。更为特别的是，本发明披露了一种用于成形并连接第一片材和第二片材的短凸缘的工具和方法。 

背景技术

在汽车装配史上所需的一种最早的操作是使一块内板与一块外板接合以形成任意机体部分，其中包括门、发动机盖、燃料箱门和行李箱盖，所有这些均被称为嵌入车架内的“转动板”。用于成形和连接片材的已知机器包括加压-模具设备，桌面(tabletop)和辊成形工具，后者为最近研发的装置。 

连接片材的缺点在于难以形成设计所需的短凸缘。已采用一种方案来克服该问题。 

一种用于形成短凸缘的已知尝试为：采用辊工具并进行多道次轧制以从大致直立的结构向折叠的结构或接缝推动凸缘。虽然该方案为一种经济的方案，但是，重复的多道次轧制需要大量的时间并且不会始终以满意的方式形成短凸缘。 

另一种用于形成短凸缘的已知尝试为将本领域已知的机械推压成形钢作为成角装置。该装置安装在与形成凸缘的方向垂直的线性滑动件上。以与凸缘垂直的方向，通过气压或凸轮作用使带有成形钢的成角装置延伸以形成凸缘。随后，成角装置收缩至不接触的位置处。虽然这种成形方式是 快速的，但是，在进行其它必需的操作期间，成角装置必须以此方式工作，从而会限制辊工具的运动。另外，必须使滑动件与接缝的方向大致垂直。另外，其操作成本比较高并且对于每一成角装置而言，需要独立的机构以及动力源。 

所以，已有的方法未能解决上述带有短凸缘的片材的成形和连接方面的存在的所有问题。 

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种设备和方法，该设备和方法能够克服成形和连接第一片材和第二片材以形成车辆的转动板的已知技术中存在的问题。 

本发明的一个特定目的在于提供一种成形和连接第一片材和第二片材的推进工具。 

本发明的另一个目的在于提供这种具有足够的灵活性以接受各种尺寸、形状和轮廓的推进工具。 

本发明的另一个目的在于提供这种在各种机器的操作中可以与机械手结合的推进工具。 

本发明的另一个目的在于提供一种成形并连接一对带有短凸缘接缝的片材的方法。 

根据本发明，一种用于形成并连接带有短凸缘的片材的设备包括一可操纵地与呈机械手形式的可编程定位设备相关联的定位加压成形钢(PPFS)组件以及一台机器，该机器包括一呈下侧座形式的第一板的固定器以及一呈上侧框形式的第二板的固定器。PPFS组件包括一个缸盖，其带有一附带的往复运动活塞。呈压缩弹簧形式的偏压件可操纵地设置在缸体内和活塞的顶部。偏压件将活塞推至延伸位置。轴延伸通过与缸体相对的活塞的一端并且支承一个辊。至少一个成形钢位于辊和缸体之间的活塞的延伸部分上。成形钢与轴的轴线大致垂直。 

根据本发明，一种用于成形和连接带有短凸缘的片材的方法包括：将 第一片材固定在一个座中，以便使第一片材的周边支承在座的材料接触部分上。机械手相对于所述座定位加压成形钢并使其与第一片材上的短凸缘相邻。操纵机械手以使定位成形钢沿一工具路径运动，以便成形钢在所述第一片材的周边上形成凸缘。该方法还可用于将第二片材连接至第一片材上。 

通过提供上面所述的用于片材成形和连接的设备和方法，能够实现这些和其它目的。 

通过以下的详细描述，能够清楚地理解本发明的其它应用领域。应理解：说明部分明的最佳实施例的详细描述和特定实施例仅用于说明，而不应限制本发明的范围。 

附图说明

参照以下结合附图对最佳实施例的详细说明，将能更充分地理解本发明，其中，在所有的附图中，相同的参考标号表示相同的部件，其中： 

图1为本发明最佳实施例的机器的透视图，该机器装有定位加压成形钢(PPFS)组件； 

图2为从主辊侧面所示的、沿图1中线2-2所示的本发明中PPFS组件的剖面图，该图说明了处于磨光位置处的第一成形钢； 

图3为与图2相似的本发明中PPFS组件的剖面图，但其显示了处于接合位置处的第一成形钢； 

图4为与图2相似的本发明的PPFS组件的剖面图，其显示了在磨光位置处的第二分层成形钢； 

图5为与图4相似的本发明的PPFS组件的剖面图，其显示了在接合位置处的第二分层成形钢；以及 

图6为与图2相似的剖面图，但其显示了根据本发明的PPFS组件的另一实施例。 

具体实施方式

附图说明了本发明的最佳实施例。虽然所说明的实施例的结构是优选的，但应想到：在不脱离所描述的本发明的情况下，可采用本发明的替代结构。下面，将对所述优选实施例加以说明。 

首先，参见图1，其以透视图的形式显示了机器10的优选实施例。机器10包括一上侧框20和一下侧座30，以便准确地定位片材A。可以通过一列沟渠扫污机34对第一片材A进行精确定位。机器10固定片材A，以便可以在不使片材偏移或脱离其适当位置的情况下，进行成形加工。如所说明的那样，第一片材A具有大致方形结构。在某些情况下，可采用两种片材，以便以通过接缝形成的结合形式成形并连接两个片材，从而使它们形成一个整体件。因此，如所说明的那样，可以将任选的第二片材B放置在第一片材A的顶部上并使其与上侧框20对准。因此，应理解：在不脱离本发明范围的情况下，被成形的片材的形状和数量是可以变化的。还应理解：虽然所说明的机器10的结构是优选的，但不应将其理解为是对本领域技术人员可想到的其它结构的限制。但是，在明显可在本申请中参考使用的PCT/US04/34238中披露了一种目前理想的座框结构。 

定位加压成形钢(PPFS)组件50可操纵地与机械手42相连。PPFS组件50以刚性方式安装至可转动地与机械手42相连的机械手面板44上。机械手42本身可操纵地与计算机46相连，该计算机用于执行使PPFS组件50沿预定工具路径运动的运行时间程序。PPFS组件50可选择地转动以借助规定的成形钢执行理想的操作。PPFS组件50包括由被执行的特定成形和连接操作确定的成形钢70，70’，70”。 

PPFS组件50的剖面图如图2和3所示。参见这些附图，PPFS组件50包括一往复式毂52，该毂具有一安装在缸体56中的活塞端54。如本领域所了解的那样，缸体56刚性安装在机械手42的面板44上(如图1所示)。活塞端54安装在缸体56内，以便毂52相对于缸体56沿一轴线滑动或往复运动。毂52在与活塞端54相对的端部上具有从该处向外伸出的延伸部分68，68’。成形钢70，70’，70”固定至延伸部分68，68’上。 

延伸部分68，68’以及成形钢70，70’，70”的数量和结构由上面提到的特定成形和连接操作限定。例如，如目前说明的那样，毂52包括一向左侧延伸的第一延伸部分68(如图2和3所示)，该部分在其下表面72设有第一成形钢70。毂52还具有一向右侧延伸的第二延伸部分68’(仍如图2和3所示)。第二延伸部分68’的下表面72’呈台阶状或分层状，以便使第二成形钢70’位于延伸部分68’的外部，第三成形钢70”位于延伸部分68’的内部。虽然通常所示为具有锥形或楔形形状，但是，每一成形钢70，70’，70”均适于采用其表面与被成形的短凸缘的预成形形状非常相似的形状。因此，本领域技术人员应认识到：每一成形钢70，70’，70”的表面形状的细节将取决于被成形的短凸缘F的几何形状并且本发明能够利用一个PPFS组件实现多个短凸缘的成形操作。 

在缸体56和活塞端54之间夹设一个偏压件或弹簧58，以偏压毂52远离缸体56。作为使用所说明的弹簧偏压件58的可选择方案，可以代替弹簧58设置一个充气缸，以便提供必需的偏压。以从方式，PPFS组件50提供了一种定位加压成形工具，从而机械手面板44相对于下侧座30的位置决定了在短凸缘F与成形钢70，70’，70”之间的界面处施加的压力。 

偏压件的特性应确保施加于成形钢70，70’，70”处的压力与活塞端54相对于缸体56和面板44的位置呈线性比。活塞端54运动至缸体56内的每一单元的线性距离均会增大部件58在线性部分的偏压。在代替弹簧58使用充气缸的情况下，在充气缸内形成充气并且活塞端54运动至缸体56内。该线性关系为制定机械手工作的定位加压变化程序的基础。 

通过沿与延伸部分68大致垂直的方向固定安装在毂52中的轴60，可转动地由毂52支承辊62。辊62与机械手42以及一组形成于下侧座30上的导引面32一起工作，以提供成形钢70的定位压力变化。当在辊62上不作用压力时，偏压件58以向外延伸的位置推动活塞端54。相反，当通过使辊62与导引面32接合的机械手42可选择地对辊62施加压力时，活塞端54被推入缸体56内，从而迫使偏压件58阻止活塞端54向内运动并产生反作用力。以此方式，在从机械手42的端部反馈所需的力时，能够精确地控制在成形钢70上的表面形状处施加的力。可以控制机械手42以使PPFS组件50转动180°，以便延伸部分68’朝向短凸缘F，从而能够 实现利用成形钢70’，70”的成形。 

参见图6，其显示了定位加压成形钢(PPFS)组件150的另一个实施例，其中，毂152和缸体156的设置相对于机械手面板144是相反的。特别是，毂152从面板144伸出。通过设置在其间的轴承壳154，缸体156可滑动地支承在毂152上。弹簧158可操纵地结合在毂152和缸体156之间，以偏压毂152离开缸体156。轴160延伸穿过缸体156的下部。辊162可转动地支承在轴160上。一对支承凸缘164，164’从缸体156的侧壁伸出。支承凸缘164，164’适于以与参照图2-5描述相似的方式保持成形钢168，168’。与图2-5所示的结构相比，图6所示的实施例的结构能够提供更紧凑的结构，从而能够在更有限空间中执行的成形操作中使用PPFS组件150。杆166穿过毂152和形成于缸体156中的狭缝172，172’。杆166与狭缝172，172’配合以在缸体156相对于毂152的运动范围内提供制动或限制。应理解：该PPFS组件150的备选方案的其它方面(包括其在成形操作中的应用)与PPFS组件50大致相同。 

下面，参照附图，对在机器10中，在片材组件A上形成短凸缘F的操作进行大致说明。片材A接近下侧座30并且通过沟渠扫污机34精确定位。随后，通过已知的方式或通过如在PCT/US04/34238中披露的真空系统和上侧框，将第二片材B可靠地固定就位。在以此方式固定片材的情况下，开始短凸缘的成形操作以通过定位加压成形钢(PPFS)组件50使第一片材A的一部分成形。 

起初，机械手42将成形钢70定位至磨光位置，该位置与其所针对的相关凸缘F垂直并靠近该凸缘。换句话说，成形钢70靠近(但不接触)片材A上的直立凸缘F(参见图2)。当起动磨光定位时，主辊62可以接触导引面32。如以前提到的那样，导引面32或起落区为从下侧座30伸出的平坦工作台，其遵循成形钢70的接近路径。导引面32位于成形钢70之下的一定距离处，该距离等于成形钢70与辊62的底部之间的距离D。此时，机械手42也对PPFS组件50的偏压件58进行预加载以便从带有充足静能的系统消除间隙，从而在成形钢接触短凸缘F时，能够防止成形钢70的偏移。 

接着，机械手42沿与轴60的轴线大致垂直的工具路径，迅速操纵PPFS组件50。此时，辊62沿导引面32滚动并且成形钢70接合片材A并在形成片材A上辗压出短凸缘F。此时，可完全形成凸缘F以便能够使PPFS组件50移动至片材A上的另一位置处。 

但是，可以仅形成(即，局部弯折)凸缘F，在这种情况下，可以采用简便的方式，如在本发明的申请人于2004年11月12日申请的、名称为“Roller Tool and Positional Pressure Method of Use for the Forming andJoining of Sheet Metal”的PCT申请No.PCT/US_/_____(该文献所披露的内容可在本申请出参考使用)中披露的方式，将辊62操纵至凸缘F上以完成成形操作。 

作为可选择的方案，可以采用其它的成形钢70’，70”进行最终的成形操作。在此情况下，将PPFS组件50转动180°，以使成形钢70’，70”位于与预先成形的凸缘垂直并与其非常接近的磨光位置处。机械手42沿工具路径迅速操纵PPFS组件50以便能够以与预成形操作相似的方式完成最终的成形操作。 

机械手42操纵PPFS组件离开机器10。使上侧框20移动离开片材A和B，从而可以从下侧座30上卸下成形的片材。 

 本领域技术人员应从前面的描述理解：本发明的广义技术教导可以采用各种形式来实现。因此，虽然已结合本发明的特定实施例对本发明进行了说明，但是，由于通过研究附图、说明书和以下的权利要求，本领域技术人员能够了解其它的改进形式，因此，本发明的实际范围不应受到限制。

Claims (15)

1.一种用于短凸缘成形的设备，该设备包括：

一用于固定第一片材(A)的座(30)；

一可操纵地与所述座(30)相关联的机械手(42)；

一以刚性方式安装至可转动地与机械手(42)相连的机械手面板(44)上的成形钢组件(50)，所述成形钢组件(50)包括第一工具钢，第一工具钢具有楔形形状的表面，大致与短凸缘(F)相适合，以在第一片材(A)上辗压形成短凸缘(F)。

2.根据权利要求1所述的设备，其中：所述成形钢组件(50)包括一个向外延伸的延伸部分以及一个设置在所述延伸部分一端上的第一工具钢。

3.根据权利要求2所述的设备，其中：所述机械手(42)可转动地支承所述成形钢组件(50)。

4.根据权利要求3所述的设备，其中：所述成形钢组件(50)还包括一个向外延伸的第二延伸部分以及一个设置在所述第二延伸部分一端上的第二工具钢。

5.根据权利要求2所述的设备，其中：所述延伸部分包括一个分层布置的延伸部分，该分层布置的延伸部分具有位于所述分层布置的延伸部分外部上的所述第一工具钢以及位于所述分层布置的延伸部分内部上的第三工具钢。

6.一种用于成形和连接第一片材和第二片材的设备，该第一片材具有周边，该周边具有一定轮廓，该设备包括：

一用于固定第一片材(A)的座(30)；

一成形及连接组件(42，50)可操纵地与所述座(30)相关联，所述组件包括机械手(42)和成形钢组件(50)，该成形钢组件(50)以刚性方式安装至可转动地与机械手(42)相连的机械手面板(44)上，该成形钢组件(50)包括第一工具钢，该第一工具钢具有楔形形状的表面，大致与短凸缘(F)相适合，以便辗压形成短凸缘(F)，并在所述第一工具钢和所述第二片材(B)之间将所述第一片材(A)的一部分(F)弯曲至所述第二片材(B)上以在所述第一片材(A)上形成短凸缘(F)；以及

一台具有工具驱动程序的计算机(46)，可操纵地与所述成形及连接组件(42，50)相关联，以便在辗压成形压紧时，沿接近路径操纵并引导第一工具钢。

7.根据权利要求6所述的设备，其中：所述成形钢组件(50)包括一个向外延伸的延伸部分以及设置在所述延伸部分一端上的所述第一工具钢。

8.根据权利要求7所述的设备，其中：所述机械手(42)可转动地支承所述成形钢组件(50)。

9.根据权利要求8所述的设备，其中：所述成形钢组件(50)还包括一个向外延伸的第二延伸部分以及一个设置在所述第二延伸部分一端上的第二工具钢。

10.根据权利要求7所述的设备，其中：所述延伸部分包括一个分层布置的延伸部分，该分层布置的延伸部分具有设置在所述分层布置的延伸部分外部上的所述第一工具钢以及设置在所述分层布置的延伸部分内部上的第三工具钢。

11.一种用于成形具有带一定轮廓的周边的第一片材的方法，该方法包括：

将第一片材(A)固定在一个座(30)中，以便使所述第一片材(A)的周边支承在所述座(30)上；

使具有成形钢组件(50)的机械手(42)相对于所述座(30)定位，所述成形钢组件(50)以刚性方式安装至可转动地与机械手(42)相连的机械手面板(44)上，以使所述成形钢组件(50)的第一工具钢放置于与短凸缘(F)非常靠近的位置；以及

操纵所述机械手(42)以使所述成形钢组件(50)沿第一工具路径运动，以便所述第一工具钢的与短凸缘(F)相适合的楔形形状表面在所述第一片材(A)的所述周边上辗压形成所述短凸缘(F)。

12.根据权利要求11所述的方法，其还包括：在一控制器(46)中执行成形钢组件驱动程序以操纵所述机械手(42)。

13.根据权利要求11所述的方法，其还包括：重新定位所述机械手(42)，以便将设置在从成形钢组件(50)向外延伸的延伸部分上的第二工具钢放置于与第二短凸缘(F)非常靠近的位置；以及

操纵所述机械手(42)以使所述成形钢组件(50)沿第二工具路径运动，以便所述第二工具钢的与所述第二短凸缘(F)相适合的楔形形状表面在所述周边上辗压形成所述第二短凸缘(F)。

14.根据权利要求11所述的方法，其还包括：重新定位所述机械手(42)，以便可转动地支承在机械手(42)一端的辊(62)接合从所述周边伸出的所述辗压形成的短凸缘(F)；以及

操纵所述机械手(42)以使所述辊(62)沿第二工具路径运动，以便所述辊(62)在所述周边上进一步形成所述辗压形成的短凸缘(F)。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：所述第一工具路径的一部分与所述第二工具路径的一部分重叠，以便所述第一工具钢执行预成形操作，并且，所述辊(62)执行最终的成形操作。

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