專利名稱：用于螺旋壓力機的雙力壓頭驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及緊固件壓力機，它采用伺服電機以精確控制壓頭位置。更具體地，本發(fā) 明涉及一種伺服電機驅(qū)動的壓頭，它具有使用離合器式驅(qū)動機構(gòu)和由控制器調(diào)節(jié)的、獨立 的強力和弱力的驅(qū)動電機。
背景技術(shù)：
緊固件壓力機的理想特性是高速和強力。使用單個驅(qū)動單元來實現(xiàn)這些特性是不 切實際的，因為有成本高、功率大和物理尺寸大的限制。然而，具有高速接近沖壓位置和然 后在較低速度以強力進行插入沖壓的沖壓運動曲線提供了一個解決方案。為實現(xiàn)這種運動曲線，根據(jù)本申請，壓力機利用一種雙電機伺服系統(tǒng)來控制壓力 機壓頭的速度、位置和力以適當(dāng)?shù)牧蚓嚯x來安裝緊固件。高扭矩驅(qū)動裝置被嚙合以將壓 頭驅(qū)動到合適的力或位置。在插入后，高速電機將壓頭返回到原來的位置。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中對壓力機的壓頭驅(qū)動裝置存在一種需求，它能夠準(zhǔn)確可靠地 同時提供高速和強力。另一個需求是一種準(zhǔn)確和可靠的壓頭驅(qū)動裝置和壓力機，它可以經(jīng) 濟地生產(chǎn)且不需要復(fù)雜的操作技能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明被設(shè)計用于滿足現(xiàn)有技術(shù)的上述需求。一種緊固件壓力機如圖1所示，例 如由賓科工程和制造公司(Penn Engineering and Manufacturing Corp.)生產(chǎn)和出售的 Pemserter 3000系列壓入安裝機，它采用可以通過強力壓頭驅(qū)動功率的雙向超越離合器。 上述離合器由兩個獨立的電機驅(qū)動裝置的相對運動控制，這將在下面詳細(xì)說明。雙向超越 離合器是市面上有售的組件，它包括被輥子包圍的規(guī)則多邊形的內(nèi)輪轂，所述輥子被外輪 轂包圍，如圖3所示。內(nèi)輪轂和外輪轂連接到分別的軸。內(nèi)輪轂的軸可以沿順時針或逆時 針方向驅(qū)動外輪轂的軸，如果內(nèi)輪轂軸的旋轉(zhuǎn)速度比外輪轂的更大。如果外輪轂速度大于 內(nèi)輪轂，則離合器脫開，外輪轂可以與內(nèi)輪轂獨立地旋轉(zhuǎn)。因此，離合器的動作只通過其驅(qū) 動裝置與被驅(qū)動元件的相對速度控制。這在高速/弱力和低速/強力的壓頭操作之間提供 了一個非常平穩(wěn)和反應(yīng)敏捷的過渡，使得沖壓周期可以盡可能地快速和高效。這些結(jié)構(gòu)可 與在同一申請人的臨時專利申請序列號60/972，436中公開的用于緊固件壓力機的設(shè)定系 統(tǒng)一起使用。在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個實施例之前，可以理解的是，本發(fā)明不僅限于本申請中的詳細(xì)結(jié)構(gòu)以及在隨后的說明書中描述并在附圖中顯示的元件的安排。本發(fā)明可以用 其它實施例和以各種方式實現(xiàn)和實施。還可以理解的是，這里的措辭和術(shù)語均用于描述的 目的，不應(yīng)被視為限制性的。同樣地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白，作為本公開基礎(chǔ)的概念可以很容易地作為基 礎(chǔ)來設(shè)計其它結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)以實現(xiàn)本發(fā)明的多種目的。因此，將權(quán)利要求書視為包括等 同構(gòu)造是非常重要的，只要它們不脫離本發(fā)明的精神和范圍。


圖1是利用本發(fā)明的沖壓機的左前等軸測視圖。圖2是顯示本發(fā)明的主要組成部分的圖。圖3是本發(fā)明的雙向離合器的頂前左等軸測視圖。圖4是本發(fā)明的雙向離合器的正視剖面圖。圖5是本發(fā)明一個實施例的沖壓曲線的一個圖表，顯示壓頭速度隨時間的變化。
具體實施例方式現(xiàn)在參照圖1，顯示了采用本發(fā)明的沖壓機4，它包括一個C型框架1，所述框架支 撐被壓頭3往復(fù)地沖擊的一個鐵砧2?，F(xiàn)在參照圖2，其中公開了本發(fā)明的主要組成部分，包括用于支撐本發(fā)明的基本機 械部件的一個框架，其中包括高速機械驅(qū)動器和高扭矩電機。上述框架還支撐一個螺旋驅(qū) 動裝置，它可在兩個方向由高速或低速電機裝置操作。雙向自脫開離合器連接到高扭矩電 機裝置，它包括電機/齒輪減速機組合?？删幊踢壿嬁刂破魍ㄟ^螺桿驅(qū)動裝置調(diào)節(jié)兩個電 機的運作，從而調(diào)節(jié)壓頭的運動。雙向離合器通過一個同步帶連接到螺桿驅(qū)動裝置的主軸。 邏輯控制器根據(jù)一個沖壓曲線調(diào)節(jié)壓頭的運動，下面將參照圖5更具體地描述沖壓曲線。繼續(xù)參照圖2，壓力機的壓頭由一個螺旋致動器移動，上述螺旋致動器的軸直接耦 合到高速電機裝置，在該實施例中它是市面上有售的設(shè)備，通常稱為機電致動器。該設(shè)備包 含螺桿驅(qū)動機制，因此其內(nèi)部的軸在位于展開和收回位置之間的范圍中往復(fù)運動。該驅(qū)動 軸也通過一個齒輪皮帶驅(qū)動裝置耦合到上述離合器的輸出端。所述離合器的輸入軸耦合到 高扭矩電機。所述離合器通過由控制器調(diào)節(jié)的分開的無刷直流或交流伺服電機的相對速度 而操作。每個電機具有一個反饋器件如編碼器或解析器，且另一個編碼器連接到主驅(qū)動器 的軸，使得可以知道壓頭的相對位置，無論是哪個電機在操作所述壓頭。一個電機提供高速 的驅(qū)動，而第二個電機是高扭矩的驅(qū)動裝置，它是比率為10比1的綜合伺服齒輪電機。高 扭矩電機具有自己的編碼器以進行通訊和控制，其輸出軸通過上述由皮帶傳送的高扭矩離 合器耦合到高速電機的驅(qū)動軸。在離合器嚙合時，高扭矩電機可以旋轉(zhuǎn)螺旋致動器。離合 器的嚙合是通過調(diào)節(jié)電機的速度實現(xiàn)的，當(dāng)另一個電機運行速度更快時，將壓頭的操作從 一個電機切換到所述另一個電機。現(xiàn)在參照圖3和圖4，本發(fā)明的雙向離合器是在機械領(lǐng)域公知的市面上有售的一 種設(shè)備。圖4是雙向離合器的剖面圖，更詳細(xì)顯示了其結(jié)構(gòu)。外輪轂的軸承載離合器的輸 出，且通過皮帶驅(qū)動裝置連接到高速電機的軸，如圖2所示。內(nèi)輪轂的軸連接到齒輪電機的 高扭矩輸出。
操作
壓頭所需的移動可以描述為四個階段1.高速向下設(shè)定或向上返回原來位置；2.在任何移動之后向上高速移動，不需要強力；3.強力沖壓；和4.在強力沖壓后向上移動。下面詳細(xì)說明本發(fā)明的一個實施例。上述的壓頭所需移動的四個階段中每個移動 階段分別按照下面的步驟具體進行1.移動高速軸向下以設(shè)定和向上以返回原來位置的順序a.啟用高速伺服驅(qū)動裝置，它將保持位置b.啟用高扭矩c.增加高扭矩軸+0. 015”，以確保離合器是松開的d. 0. 050秒進入所述移動，啟用高速軸e.向下運行高速軸，而高扭矩正在完成其移動f.禁用高扭矩2.在任何移動之后不需要高扭矩軸的力而向上移動高速軸的順序a.啟用高速，因為它只向下運行b.啟用高扭矩c.增加高扭矩軸-0. 015”，以確保離合器是松開的d. 0. 050秒進入所述移動，啟用高速軸e.向上運行高速軸，而高扭矩正在完成其移動f.禁用高扭矩3.使離合器嚙合以用高扭矩軸進行沖壓的順序a.啟用高速伺服驅(qū)動裝置-它將保持位置b.啟用高扭矩c.增加高扭矩軸+0. 015，以確保離合器是松開的d.向下移動高速軸，兩個移動結(jié)合在一起(套準(zhǔn)移動(registration move)和塌 陷移動(collapse move))e.對行程作出邏輯決定，以確保在適當(dāng)?shù)拇翱诤推渌鼦l件都被滿足的條件下觸發(fā) 壓頭傳感器f.在高速軸移動時，啟用高扭矩g.使高扭矩軸開始在工件之上移動約0. 650”一它以比高速軸更慢的速度運行， 因此壓頭仍然被高速軸以8IPS驅(qū)動，而高扭矩以明顯低于這個速度(0. 80-1. 6IPS)的速度 轉(zhuǎn)動h.在高速軸減速到零時，高扭矩接管壓頭的運動i.高速軸結(jié)束它的移動和被禁用j.向下運行高扭矩軸以根據(jù)應(yīng)變計輸入完成沖壓4.在用高扭矩軸沖壓后脫開離合器的順序a.在高扭矩軸完成所有的沖壓和停下后，根據(jù)力計算脫開距離，以卸載施加在離合器上的力，這將導(dǎo)致壓頭的返回驅(qū)動。b.移動高扭矩軸 _· XXX 距離=(力 /16000) *-0· 150c.保持啟用高扭矩d.重新啟用高速軸上述運動受控制器調(diào)節(jié)，它決定了高速電機和高扭矩電機的速度，這些電機與圖2 的插在高扭矩電機和螺旋驅(qū)動器之間的離合器相結(jié)合，遵循確定了壓頭運動的預(yù)定沖壓曲 線。圖5是一個典型的沖壓曲線。X軸代表以秒為單位的時間，Y軸代表速度(英寸每 秒)。虛線9表示高扭矩電機的典型動作，實線8代表高速電機的動作，在它涉及壓頭的移 動時。在進程的開始，第一步動作是在啟動高速電機之前啟動高扭矩電機。該動作可以確 保在高速電機取代高扭矩電機時離合器將脫開。當(dāng)實線越過虛線時(從左至右閱讀)，高 速電機取代高扭矩電機，然后對壓頭進行控制。然后在高速電機動作的過程中，高扭矩電機 減速以及停止。在圖的中點，高速電機的動作(實線)向沖壓位置接近。此時高扭矩電機 開始加速，而高速電機正在減速。當(dāng)虛線超過實線時，高扭矩電機進行控制，且沖壓的順序 開始進行。一旦沖壓完成，高扭矩電機減速。在按下后的返回行程上，高扭矩電動機反向啟 動并開始加速。然后高速電機啟動并開始以更快的速率加速。當(dāng)實線越過虛線時，高速電 機取代高扭矩電機和進行控制。高速電機完成上述動作并減速至停下來。這一周期已經(jīng)完 成，準(zhǔn)備下一個周期。因此，上述內(nèi)容被認(rèn)為是僅僅用于說明本發(fā)明的原理。此外，由于本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以進行大量的修改和變化，不希望將本發(fā)明限制為上面描述和顯示的具體構(gòu)造和操作， 因此，所有適當(dāng)?shù)男薷暮偷韧镆矐?yīng)落入本發(fā)明的范圍中。
權(quán)利要求
沖壓機的驅(qū)動裝置，包括框架；安裝在所述框架上的螺桿驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置由第一電機裝置在相反的方向中可選擇地旋轉(zhuǎn)；安裝在所述螺桿驅(qū)動裝置上的壓頭，在展開和收回位置之間的范圍中作往復(fù)運動；連接到所述螺桿驅(qū)動裝置以使其旋轉(zhuǎn)的第二電機裝置；雙向自動脫開離合器，具有連接到所述第二電機裝置的輸入軸和連接到所述螺桿驅(qū)動裝置的輸出軸，由此只要所述輸出軸被驅(qū)動的速度比輸入軸的速度更大，所述離合器就脫開；和可編程邏輯控制系統(tǒng)，用于通過所述第一電機裝置和第二電機裝置的操作來調(diào)節(jié)所述壓頭的位置，由此在移動所述壓頭的快速運動階段的過程中，所述第一電機裝置被信令以比第二電機裝置更大的速度旋轉(zhuǎn)所述螺桿驅(qū)動裝置，從而所述離合器脫開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動裝置，其特征在于，在移動所述壓頭的強力階段的過程中，在 所述控制系統(tǒng)信令所述第一電機裝置以比第二電機裝置更小的速度操作時，所述離合器嚙 合，由此所述壓頭被第二電機裝置移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動裝置，其特征在于，還包括與所述邏輯控制系統(tǒng)電連接、用于 檢測所述壓頭位置的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動裝置，其特征在于，所述第一電機裝置是高速低扭矩電機，且 所述第二電機裝置包括一個插在所述第二電機裝置和所述離合器的輸入軸之間的齒輪減 速器，由此以高扭矩和低速驅(qū)動所述離合器的輸入軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的驅(qū)動裝置，其特征在于，在兩個電機裝置同時工作時，所述第一和 第二電機裝置都總是在同一方向旋轉(zhuǎn)所述驅(qū)動螺桿。
6.用于操作根據(jù)權(quán)利要求1的沖壓機的驅(qū)動裝置的方法，其特征在于，所述邏輯控制 器按照圖5的壓力曲線調(diào)節(jié)所述壓頭的運動。
7.用于操作沖壓機的驅(qū)動裝置的方法，包括四個階段第一階段，以高速移動所述壓頭向下設(shè)定或向上返回原來位置；第二階段，其中在任何壓頭移動之后將所述壓頭向上移動，不需要強力；第三階段，其中以強力移動所述壓頭以實現(xiàn)對工件的沖壓；和第四階段，其中在上述第三階段的強力沖壓之后將所述壓頭向上移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述第四階段包括以下步驟基于沖壓力計算所述離合器的脫開距離，以卸載施加在所述離合器上的返回力；信令所述高扭矩電機裝置向上移動所述壓頭經(jīng)過上述脫開距離，同時信令所述高速電 機裝置向上移動所述壓頭。
全文摘要
緊固件壓力機的壓頭的精確運動由高扭矩和低扭矩電機控制，以分別對壓頭進行高速/弱力和強力的沖壓。高扭矩電機表示驅(qū)動穿過雙向超越離合器。該離合器由兩個獨立的電機的相對運動進行控制，它們的驅(qū)動速度由一控制器調(diào)節(jié)。因此只通過其驅(qū)動裝置與被驅(qū)動元件的相對速度來控制離合器動作。這在壓頭的高速/弱力和低速/強力的操作之間提供了一個非常平穩(wěn)和反應(yīng)敏捷的過渡，使得沖壓周期可以盡可能地快速和高效。
文檔編號B60W10/02GK101970271SQ200880116458
公開日2011年2月9日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者R·B·帕頓 申請人:Pem管理股份有限公司