CN1902015A - 用于加工片材金属部件的特别是折边机的机器以及用于驱动这种机器的系统 - Google Patents

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Abstract

一种机器(20)包括安装在支承结构(24、26)上使其沿着第一加工方向(Z)朝着和离开固定工具承载结构(88)平移的可动单元(28)；以及用于控制可动单元(28)在第一方向(Z)上的运动的驱动系统。驱动系统包括用于控制驱动轴(62)转动的第一马达单元(60)以及用于将轴(62)的转动运动转换成可动单元(28)的平移运动的凸轮构件(76)和辊子构件(78)。

Description

用于加工片材金属部件的特别是折边机的机器 以及用于驱动这种机器的系统
技术领域
本发明涉及一种加工片材金属部件的机器以及用这种机器的驱动系统。更特别是，本发明涉及一种通过对例如车辆主体面板的片材金属面板折边而连接的折边机。
背景技术
附图的图1A-1C示意表示分别对一对片材金属面板1和2(即外面板和内面板)折边的操作。两个面板1、2首先布置(图1A)成各自平边缘部分3和4在通常按照将要加工的工件适当成形的床所形成的工件承载结构(未示出)上相互接触。外面板1的平边缘部分3具有相对于部分3和4的平面(图1A)以给定角度(通常为90度)开始折弯的边缘3a，并且用来进一步折弯和压在平边缘部分4上，由此将后者贴靠下面的部分3夹紧。折边操作通常包括公知为“预先折边”的第一阶段，其中通过最好垂直于所述平面(图1B)施加第一力F1，将边缘3a相对于边缘部分3和4的平面折弯成给定角度(通常为45度)，以及随后阶段或者“最终折边”，其中边缘3a进一步折弯，直到其接触平边缘部分4，并且接着同样最好垂直于部分3和4的平面(图1C)，通过施加第二力F2压靠后者。
为了简化，此后假设将要折边的面板的两个平边缘部分3和4布置在水平平面内，并且因此折弯力所施加的方向是垂直的。术语“水平”和“垂直”因此在随后的说明书和权利要求中理解为平行于将要折边的面板的边缘部分所在平面以及垂直于所述平面。
所述的折边操作通常采用与图2示意所示的类型相同的类型的工具承载单元10来进行。工具承载单元10安装在折边机(未示出)上，使其可垂直运动，以便进行预先折边和最终折边操作，以及朝着或离开加工区域大致水平操作，以便使得工件装载或卸载。
单元10承载具有相对于垂直方向以预先折边角度(通常为45度)倾斜的加工表面11a的第一预先折边工具11以及具有相对于垂直方向以最终折边角度(通常为90度)倾斜的加工表面12a的第二最终折边工具12。
按照独立权利要求1前序部分的折边机从欧洲专利申请EP0924005中公知。按照此公知的解决方法，工具承载单元的垂直运动通过由电马达控制的螺旋机构来驱动，由此朝着和离开加工区域的运动(在这种情况下的倾斜运动)通过由气动缸控制的杠杆驱动。
使用用于驱动折边机的垂直运动(加工运动)的螺旋机构首先具有高成本的缺陷，这是由于制造螺旋所需的高精度以及确保机器正确操作所需的电子控制系统的复杂性。此外，由于螺旋机构磨损而造成的游隙，机器的精度以及加工工件的质量可趋于随着时间而降低。
发明内容
因此本发明的目的在于通过提供一种用于加工片材金属部件、特别是用于进行折边操作的机器，来克服所述现有技术的缺陷，该机器具有简单的结构、成本低并且随着时间推移而可靠地操作。
按照本发明，通过具有独立权利要求1的特征部分限定的特征的机器实现这些和其它目的。本发明的其它有利的特征限定在从属权利要求中。
另一独立权利要求15涉及一种用于加工片材金属部件、特别是用于进行折边操作的机器的驱动系统。
按照本发明的机器相对于现有技术的优点可以总结为以下几点：
结构更简单；
尺寸更紧凑；
制造和加工成本更低；
部件数量更少；
可靠性更高；
维护操作不频繁并更容易进行；以及
可以施加更大的加工力，并且可以加工更大的长度。
附图说明
本发明的另外特征和优点从参考附图通过非限定性实例给出的以下详细说明中得以明白，附图中：
图1A是表示布置成通过典型的两阶段进行折边操作而相互连接的一对片材金属面板的侧视截面图；
图1B是表示在45度预先折边阶段之后的图1A的两个面板的侧视截面图；
图1C是表示最终折边阶段结束时图1A的两个面板的侧视截面图；
图2是表示适用于进行图1B和1C所示折边操作的工具承载单元的侧视截面图；
图3是表示按照本发明的折边机的来自于上方和来自于后侧的透视图；
图4是表示图3的折边机的来自于上方和来自于前侧的透视图，其中没有工具承载单元；
图5是图3的折边机的前视立视图；
图6是图3的折边机的侧视截面图；
图7是表示图3的折边机的固定底座的来自于上方的透视图；
图8是表示用来控制机器朝着和离开工件纵向水平运动的图3的折边机的曲柄机构的截面的透视图；
图9是表示图3的折边机的主体和可动单元在组装状态下的来自于上方的透视图；
图10是表示用于控制图3的折边机的可动单元的垂直运动的主体和轴以及凸轮组件的分解透视图；
图11是图3的折边机的凸轮轮廓的平面图；
图12A-12K是示意表示按照本发明的折边机的加工循环的局部侧视图；以及
图13-17表示在图12A-12K所示的加工循环的各自特征点处按照本发明的折边机的凸轮的角度位置。
具体实施方式
首先参考图1-10，总体以20表示按照本发明的折边机包括：
固定底座22，用来固定在地面或安装在平行于其中通过折边连接的片材金属面板的边缘部分所在平面的适当支承平面上(未示出)；
可动底座24，安装在固定底座22上，以便平行于后者并朝着或离开加工区域(双箭头X)运动，此后表示为纵向方向；
主体26，固定在可动底座24上并具有大致的入口式结构；
可动单元28，安装在主体26上，以便垂直运动(双箭头Z)，即垂直于两个底座22、24的平面；以及
与参考图2描述的类型相同的工具承载单元10，固定在可动单元28上。
为了引导可动底座24沿着方向X的平移运动，底座设置一对纵向导轨30(其中之一可部分在图6的截面图中看到)，导轨布置成在由安装在固定底座22(图7)的两对滑动组件32设置的各自引导表面32a滑动。可动底座24的平移运动经由曲柄机构36(图8)通过齿轮接合的电马达单元34驱动，该曲柄机构将转动运动转换成线性运动。
参考图7和8，曲柄机构36包括在其顶部连接到齿轮接合的马达单元34上以便通过后者转动的垂直输入轴38。轴38通过支承主体40上的套筒46可转动支承，支承主体通过螺钉44在其凸缘装部分42内固定在可动底座24上。轴38在其底部处形成用作曲柄的圆柱形延伸48，曲柄相对于轴的转动轴线偏心放置，并且其上转动安装有辊子50。辊子50和相关的延伸部48一起向下延伸到设置在可动底座24(图9)的通孔52内，并在垂直于纵向方向X取向并通过固定在固定底座22上的各自引导构件54提供的一对垂直表面54a之间引导。
以此方式，在齿轮接合的马达单元34驱动轴38转动时，辊子50沿着固定底座的引导表面54a滚动，同时由于可动底座24的反作用，和轴38一起快速平移，沿着纵向引导件30、32相对于固定底座22纵向运动。可动底座24的纵向运动方向通过适当控制轴38转动方向来明显设定。
为了沿着方向Z引导可动单元28的平移运动，该单元设置布置成在通过安装在主体26上的两对滑动组件58(可以在图6的截面图中部分看到)提供的各自引导表面上滑动的一对垂直导轨56(图9)，其方式与结合可动底座24描述的方式类似。
可动单元28的垂直平移运动通过构造成转动驱动轴62的齿轮接合的电马达单元60驱动。齿轮接合的马达单元60通过相对于加工区域位于相对侧上的螺钉64紧固在可动单元28上。纵向延伸的轴62支承成在安装在可动单元28的通孔68内的支承主体66内转动。
轴62形成具有外偏心形状表面并且从支承主体66朝着加工区域伸出的端部70(图6)。环形构件72固定在偏心部分70上，环形构件72的轮廓平行于部分70的外部偏心表面的轮廓延伸。作为选择，可以设置与轴62同轴的圆柱形端部70和环形偏心形状构件72。
凸轮76同样通过螺钉74紧固在轴62的端部70上，并且具有适当成形的轮廓的外表面76a，以便按照预定原理控制可动单元28的垂直运动，这将在下面进一步详细描述。凸轮76通过其外表面76a静置在围绕具有中心轴线的固定轴80转动安装的下部辊子78的外部圆柱形表面上，固定轴80通过连接到可动底座24上的支承构件82支承(图4和6)。
上部辊子86(图5和6)转动安装在连接到工件承载结构88上的支承部分84内(在图12A-12K示意表示)，在预先折边阶段期间，辊子的外部圆柱形表面与凸轮76的外表面76a协作，这将在说明书的随后部分中详细描述。
按照本发明的优选实施例，折边机20构造成进行说明书前言部分中描述的那种折边操作，即包括第一预先折边阶段和第二最终折边阶段的操作。参考图12A-12K，现在将描述折边机20所进行的加工循环。
折边机首先布置在“装载/卸载”位置(图12A)，其中可动单元28与工件承载单元28纵向隔开，以便装载将要折边的工件(例如，图1A-1C所示的面板1和2)。
接着(图12B)，可动单元28朝着工件承载结构88纵向运动(如尖端Bx所示)，直到预先折边工件11与面板11的上部的90度折弯边缘3a接触或至少接近为止。折边机所到达的位置表示成“预先折边起始”位置。
此时(图12C)，通过向下(箭头Cz)垂直运动单元28来进行预先折边阶段，直到面板1的边缘3a折弯成45度为止。折边机所到达的位置表示成“预先折边结束”位置。
图12D表示该折边机在“预先折边之后拆卸”位置，通过向上(箭头Dz)垂直运动可动单元28来实现，以便将预先折边工具11运动离开面板1的边缘3a。
可动单元28接着通过纵向运动(箭头Ex)运动离开工件承载结构88，并且再次到达图12E所示的“装载/卸载”位置。
图12F表示折边机在“准备最终折边”位置，通过向上(箭头Fz)垂直运动可动单元28来实现，直到最终折边工件12的加工表面12a到达高于面板1的边缘3a的上端的高度为止。
图12G接着表示折边机在“最终折边开始”位置，通过朝着工件承载底座纵向(箭头Gx)运动可动单元28而实现，直到最终折边工具12的加工表面12a到达面板1的边缘3a之上为止。
此时(图12H)，进行最终折边，其中可动单元28向下(箭头Hz)垂直运动，直到面板1的边缘3a进一步折弯45度，并且最终压靠在下面的另一面板2的边缘4上。在此阶段的结束处，折边机在表示为“最终折边结束”位置的位置上。
图12J表示折边机在“最终折边之后拆卸”位置上，通过向上(箭头Jz)运动可动单元28来实现，以便将最终折边工具12运动离开边缘3a。
最后(图12K)，可动单元28通过纵向运动(箭头Kx)再次运动离开工件承载结构88，由此回到“装载/卸载”位置。
这种加工循环通过将预定顺序的指令输入齿轮接合的马达单元34和60来进行，由此分别控制可动单元28的纵向和垂直运动。单元28的垂直运动还通过凸轮76的轮廓76a的形状来确定。
按照本发明优选实施例的凸轮76的轮廓76a的形状和通过齿轮接合的马达单元60输入到凸轮以便进行所述的加工循环的指令顺序将参考图11和13-17详细描述。
凸轮76的轮廓76a表示在图11中，其中凸轮的转动中心表示为0。另一方面，图13-17表示在所述不同加工位置上凸轮76所达到的角度位置。
在第一阶段，将要折边的两个面板装载到工件承载结构88上，而折边机位于图12A所示的“装载/卸载”位置。在第二阶段，可动单元28纵向运动到图12B所示的“预先折边开始”位置。在这首先的两个阶段期间，可动单元28不垂直运动，凸轮76保持在图13所示的初始位置，其中凸轮在其轮廓的点PAB处接触下部辊子78。
在第三阶段，进行预先折边，由此可动单元28垂直向下运动，直到其到达图12C所示的“预先折边结束”位置。此第三阶段包括以下三个步骤。
和驱动连接其上的整个可动单元28一起静置在下部辊子78上的凸轮76首先开始逆时针转动，使得与辊子78接触的点从所述的PAB点运动到第二点PC1。包括在点PAB和PC1之间的凸轮轮廓76a的部段以如下方式成形，即造成可动单元28向下运动，直到预先折边工件11的加工表面11a与片材金属外部面板1的90度折弯边缘3a接触为止。
点PC1之后的凸轮76的轮廓部分76a与可动单元28的进一步向下运动相对应，如果后者继续和凸轮76一起静置在下部辊子78上。事实在于，通过造成凸轮76再次逆时针转动，可动单元28和其工具11一起保持“悬置”在面板11的边缘3a上，而凸轮76与下部辊子78脱开，并且大致从与点PC1相对的点PC1*或从随后相邻的点开始，开始与驱动连接到工件承载结构88上的上部辊子86接合。此第二步骤设置用来转过几乎60度，直到凸轮76在点PC2与上部辊子86接触为止。由于点PC1*和点PC2之间所包括的轮廓部段是周向圆弧，在此第二步骤期间可动单元28不出现垂直运动。
当凸轮76继续转动时，凸轮沿着点PC2和点PC3之间所包括的轮廓部段76a与上部辊子86接合，并且最终到达图14所示的位置。由于此轮廓部段使得离开转动中心0的径向距离增加，凸轮76与可动单元以及安装其上的工具承载单元10一起向下压迫。预先折边工具11可因此通过在面板1的边缘3a上施加折弯力而进行预先折边操作，折弯力是可动单元28的重量和凸轮76和上部辊子86的相互作用产生的向下负载的总和。
在第四阶段，可动单元28向上垂直运动，使其返回到“预先折边开始”位置。为此，造成凸轮76顺时针转动，使其返回到图13所示的其中在点PAB处与下部辊子78接触的初始位置。
在第五阶段，可动单元28纵向运动，直到其到达图12E所示的“装载/卸载”位置为止，而凸轮76在图13的初始位置中保持固定。
在第六阶段中，可动单元28向上垂直运动，直到其到达图12F所示的“准备最终折边”位置。为此，造成凸轮76顺时针转动，由此与下部辊子78接触的点沿着点PAB和点PF(与所示的点PC3重合)之间所包括的轮廓部段运动，如图15所示。
在第七阶段，可动单元28朝着工件承载结构88纵向运动，直到其到达图12G所示的“最终折边开启”位置，而凸轮76在图15所示的角度位置上保持固定。
在第八阶段，通过向下垂直运动可动单元28到图12H所示的“最终折边结束”位置来进行最终折边。为此，造成凸轮76顺时针转动，直到其到达图16的角度位置为止。如同预先折边阶段那样，最终折边阶段也包括三个步骤。
首先造成凸轮76顺时针转动，使得与下部辊子78接触的点从所示的点PF运动到点PB1。在点PF和PH1之间所包括的凸轮的轮廓部段76a以如下方式成形，即产生可动单元28的向下运动，直到最终折边工件12的加工表面12a与片材金属外部面板1的45度折弯边缘3a接触为止。
当凸轮76继续顺时针转动时，它脱离下部辊子78，同时可动单元28保持“悬置”在折弯边缘3a上。与此同时，紧固成与凸轮76一起转动的偏心环形构件72开始邻靠表面90接合，邻靠表面90通过工件承载结构88提供，即通过固定在此结构上的支承部分84提供(可以在图6的侧视立视图中看到)。
通过与参考预先折边操作描述的方式类似的方式，由于偏心环形构件72的轮廓和邻靠表面90之间的相互作用，可动单元28和安装其上的工具承载单元10向下压迫，直到它们到达“最终折边结束”位置为止。在第三步骤期间，最终折边工具12在面板1的边缘3a上施加折弯力，该折弯力是可动单元28的重量和由偏心环形构件72和邻靠表面90的相互作用产生的向下负载的总和。
通过对环形构件72适当设置尺寸，在最终折边阶段获得的负载有利地远远高于(例如几乎高于四倍)预先折边阶段中施加的折弯力。此外，由于工具12在边缘3a上施加的折弯力与环形偏心构件72和邻靠表面90之间的接触力大致对准(从图6的侧视截面图中看到)，这些力不产生不利地影响加工精度的扭矩。
在第九阶段，可动单元28向上垂直运动，直到其回到“最终折边”位置。为此，造成凸轮76逆时针转动，直到其回到图16所示在点PF处接触下部辊子78的角度位置为止。
随后是第十阶段，其中可动单元28纵向运动离开工件承载结构88，直到其达到图12K所示的“装载/卸载”位置，同时凸轮76在图16的角度位置上保持固定。
在最后阶段，可动单元28向下垂直运动，以便回到图12A的循环起始位置。为此，造成凸轮76逆时针转动，直到它与下部辊子78的接触点到达其轮廓的点PAB处，如图18所示。此时，在可动单元28保持就位的情况下，工件卸载。
自然的是，本发明的原理保持不变，多个实施例和制造细节可与通过非限定性实例描述和说明的那些显著变化。
特别是，虽然描述和说明了布置成进行两阶段折边操作(45度预先折边和90度最终折边)的折边机的优选实施例，清楚的是相同的折边机可容易以适当方式进行变型，以便进行任何其它类型的折边操作，例如具有不同的预先折边角度或者没有预先折边阶段，或者具有不同的最终折边角度。
此外，清楚的是按照本发明的折边机还可用来进行设置用来在给定方向施加折弯力的其它类型的加工。实际上，通过适当变型凸轮的轮廓，可以使得工具承载单元按照适用于将要进行的特定类型加工的运动原理来运动。

Claims (20)

1.一种用于加工片材金属部件(1、2)的机器(20)，特别是用于将第一片材金属面板(1)的折叠边缘(3a)贴靠第二片材金属面板(2)的边缘部分(4)折弯的折边机，该机器包括：
工具承载单元(10、11、12)；
支承结构(24、26)；
可动单元(28)，安装在支承结构(24、26)上，并且承载工具承载单元(10、11、12)，可动单元(28)能够沿着第一方向(Z)或加工方向平移，并且能够朝着和离开将要加工的部件(1、2)在第二方向(X)上运动；以及
用于控制可动单元(28)在第一方向(Z)上的运动的第一驱动系统，所述第一系统包括用于控制驱动轴(62)转动的第一马达单元(60)以及用于将轴(62)的转动运动转换成可动单元(28)的平移运动的机构；
该机器的特征在于运动转换机构包括其运动通过驱动轴(62)控制的凸轮构件(76)以及布置成与凸轮构件(76)的轮廓(76a)协作的第一接合表面(78)，凸轮构件(76)安装在可动单元(28)或支承结构(24、26)上，并且第一接合表面(78)分别通过支承结构(24、26)或可动单元(28)提供，使得可动单元(28)沿着第一方向(Z)的运动通过凸轮构件(76)的转动来控制。
2.如权利要求1所述的机器，其特征在于，所述第一接合表面是通过转动地安装在支承结构(24、26)或可动单元(28)上的第一辊子构件(78)提供的圆柱形表面。
3.如权利要求1或2所述的机器，其特征在于，凸轮构件(76)和第一辊子构件(78)围绕沿着第一方向(Z)大致对准的各自转动轴线转动安装。
4.如上述权利要求任一项所述的机器，其特征在于，可动单元(28)可在第一主要垂直方向(Z)以及大致垂直于第一方向的第二方向(X)上平移。
5.如权利要求4所述的机器，其特征在于，凸轮构件(76)受到支承以便通过可动单元(28)转动，并且可动单元(28)和凸轮构件(76)一起静置在第一接合表面(78)上。
6.如权利要求4所述的机器，其特征在于，还包括通过可以在第二方向(X)上平移的方式安装有支承结构(24、26)的固定底座(22)。
7.如权利要求6所述的机器，其特征在于，支承结构(24、26)包括通过固定底座(22)支承的可动底座(24)以及连接到可动底座(24)上并且通过可以在第一方向(Z)上平移的方式安装有可动单元(28)的主体(26)。
8.如权利要求6或7所述的机器，其特征在于，还包括用于控制可动单元(28)在第二方向(X)上的运动的第二驱动系统，所述第二驱动系统包括第二马达单元(34)和用于将第二马达单元(34)作为输出提供的转动运动转换成可动单元(28)的平移运动的曲柄机构(36)。
9.如权利要求1或8所述的机器，其特征在于，所述第一和/或第二马达单元(34、60)是齿轮接合的电马达单元。
10.如权利要求4所述的机器。其特征在于，第一马达单元(60)在与将要加工的部件(1、2)相对一侧上安装在可动单元(28)上，驱动轴(62)平行于所述第二方向(X)延伸通过可动单元(28)，并且凸轮构件(76)安装在面向将要加工的部件(1、2)的驱动轴(62)的端部(70)上。
11.如权利要求5所述的机器，其特征在于，凸轮构件(76)布置成同样与位于凸轮构件(76)与第一接合表面(78)相对侧上的第二接合表面(86)协作，以便通过高于可动单元重力的力控制可动单元(28)在第一方向(Z)上的运动。
12.如权利要求11所述的机器，其特征在于，所述第二接合表面是通过在与凸轮构件(76)与第一辊子构件(78)相对侧上围绕转动固定轴线转动安装的第二辊子构件(86)提供的圆柱形表面。
13.如权利要求11所述的机器，其特征在于，凸轮构件(76)、第一辊子构件(78)和第二辊子构件(86)沿着第一方向(Z)大致对准地围绕各自转动轴线转动安装。
14.如权利要求11所述的机器，其特征在于，还包括环形构件(72)，环形构件(72)偏心安装在驱动轴(62)上并且在凸轮构件(76)脱离第一接合表面(78)时与位于凸轮构件(76)的与第二接合表面(86)相同侧上的第三接合表面(90)协作，以便通过高于可动单元的重力的力控制可动单元(28)在第一方向(Z)上的运动。
15.如上述权利要求任一项所述的机器，用于通过折边操作连接第一和第二片材金属面板(1、2)，其特征在于，工具承载单元(10、11、12)承载第一预先折边工具(11)和第二最终折边工具(12)，使得在第一阶段和第二阶段中进行折边操作，其中第一面板(1)的边缘(3a)分别折弯到预先折边位置以及最终折边位置。
16.如权利要求15所述的机器，其特征在于，预先折边工具(11)和最终折边工具(12)具有分别相对于第一方向(Z)以45度和90度倾斜的加工表面(11a)。
17.如权利要求15所述的机器，在从属于权利要求14时，其特征在于，偏心环形构件(72)布置成与第三接合表面(90)协作，以便在进行所述预先折边阶段和最终折边阶段中的任何阶段时控制可动单元(28)在第一方向(Z)上的运动。
18.如权利要求17所述的机器，其特征在于，凸轮构件(76)布置成在预先折边阶段过程中与第二接合表面(86)协作，并且偏心环形构件(72)布置成在最终折边阶段过程中与第三接合表面(90)协作。
19.如权利要求18所述的机器，其特征在于，偏心环形构件(72)和第三接合表面(90)在最终折边阶段过程中沿着第一方向(Z)与折弯边缘(3a)大致对准。
20.一种用于控制沿着安装在用于片材金属部件加工的特别是折边机的机器(20)的支承结构(24、26)上的可动单元(28)的加工方向(Z)控制平移运动的驱动系统，驱动系统包括用于控制驱动轴(62)的转动的马达单元(60)以及用于将轴(62)的转动运动转换成可动单元(28)的平移运动的机构；
其特征在于，运动转换机构包括其转动通过驱动轴(62)控制的凸轮构件(76)以及布置成与凸轮构件(76)的轮廓(76a)协作的接合表面(78)，凸轮构件(76)安装在可动单元(28)或机器的支承结构(24、26)上，并且所述第一接合表面(78)分别通过支承结构(24、26)或可动单元(28)来提供，使得可动单元(28)沿着第一方向(Z)的运动通过凸轮构件(76)的转动来控制。
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