用于冲压机器的驱动设备和方法
【专利摘要】一种驱动设备，包括可动件、用于产生第一力的至少一个线性电致动器以及用于产生第二力的至少一个线性液压致动器。所述至少一个线性电致动器和所述至少一个线性液压致动器布置为使得第一力和第二力平行作用于可动件上以产生合力。
【专利说明】用于冲压机器的驱动设备和方法
[0001]本申请是名称为“用于冲压机器的驱动设备和方法”、国际申请日为2008年11月7日、国际申请号为PCT/US2008/082831、国家申请号为200880124185.X的发明专利申请的
分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请基于35U.S.C.§ 119(e)要求于2007年11月9日提交的美国临时申请N0.60/986，942的较早的申请日的权益，在此以引用的方式将上述美国临时申请的内容包括在本文中。
【技术领域】
[0004]本发明涉及一种用于可动件(比如，可用在例如冲压机器中的压头)的驱动设备。【背景技术】
[0005]冲压机器是用于通过改变材料(例如金属)的形状以及内部结构来对材料进行加工以形成工件(pieces)的工具。
[0006]冲孔机是用于形成和/或切割材料的一种类型的冲压机器。冲孔机具有一个或多个可小或可大的成套模具，这取决于待制造的工件的形状。该成套模具包括一组(阳)冲头和(阴)冲模，当两者挤压在一起时，可以在加工件中形成孔或以某些所需的方式使加工件变形。冲头和冲模是可拆卸的，在冲孔过程期间，冲头临时附接到压头的端部。压头以竖直线性运动的方式上下运动。
[0007]在其它设计中，冲压机器可包括在其中具有凸纹或基于深度的设计(depth -based design)的一组板,从而当金属置于各板之间并且各板互相抵靠挤压时,金属以所需的方式变形。这样的冲压机器可被用来铸币、压花或成形。
[0008]另外，如果冲压机器是自动化的，那么它可以通过使用冲压供给装置来进给材料(例如盘绕的存货材料)。
【发明内容】
[0009]本发明的总体构思涉及一种驱动设备，该驱动设备具体而言是用于具有可动件和至少一个致动器的冲压机。该总体构思可以与下列的可选方面中的任一个或多个相结合。本发明还涉及一种包括带有下列的可选方面中的任一个或多个的驱动设备的冲压机器。
[0010]根据第一方面，驱动设备包括可动件、至少一个用于产生第一力的线性电致动器和至少一个用于产生第二力的线性液压致动器。线性电致动器是产生线性运动并且其主要动力由电力供应的致动器。在最优选的实施例中，线性电致动器是直接驱动线性马达。在次优选的实施例中，线性电致动器是旋转电动机和用于将旋转运动转换为线性运动的机构。这些机构可以包括，但不限于，丝杠和螺母装置、齿条和小齿轮装置以及同步带和带轮装置。线性液压致动器是产生线性运动并且其主要动力由液压流体供应的致动器。在最优选的实施例中，线性液压致动器是液压缸。在次优选的实施例中，线性液压致动器是旋转液压马达和用于将旋转运动转换为线性运动的机构。这些机构可以包括，但不限于，丝杠和螺母装置、齿条和小齿轮装置以及同步带和带轮装置。至少一个线性电致动器和至少一个线性液压致动器如此布置，使得第一力和第二力平行作用于可动件上以产生合力，其中可动件可在第一方向上和与第一方向相反的第二方向上运动。该至少一个线性电致动器(或更确切地说，电致动器的可动部分)优选与可动件相联接，以使得该至少一个线性电致动器和可动件可同步地运动。该至少一个线性液压致动器优选与可动件相联接，以使得至少一个线性液压致动器和可动件可同步地运动。
[0011]虽然上述说明将至少一个线性液压致动器描述为优选与可动件相联接，需要指出的是，该至少一个液压致动器无需独立地与可动件相联接，而是可与至少一个线性电致动器的运动部分相联接并因此与可动件相联接。另外，至少一个线性电致动器可以与至少一个液压致动器的运动部分相联接并因此与可动件相联接。任何数目的联接装置都是可能的，只要由此形成的装置提供各种致动器的、作用在可动件上的平行合力。
[0012]至少一个线性电致动器和至少一个线性液压致动器的组合具有多种优点。驱动设备具有较小的内部摩擦，并且由于致动器可以直接与可动件相联接，动力传输装置和任何相关的不精确度或间隙可以降低和/或避免。进一步，冲击和动态响应可以增强，振动和噪声被降低，并且可动件(具体而言，冲压机的压头)的运动的可控性以及由致动器根据可动件的位置而施加在可动件上的力明显提高了。因此，当具有与预定曲线相一致地施加的力以及高度地控制的定位时，驱动设备可以被更快地驱动。具体而言，高速举升和下降动作是可能的，然而实际的冲压运动以较低的速度但以增大的力执行。
[0013]为了控制至少一个电致动器的动作，可设置有至少一个第一电控装置。为了控制至少一个液压致动器的动作，可设置有至少一个液压控制构件(例如，阀)，并且该至少一个液压控制构件由第二电控装置操作。中央控制单元可以用于向第一和第二电控装置发送控制信号，以便控制至少一个线性电致动器的动作和至少一个线性液压致动器的动作。
[0014]优选地，设置有用于测量可动件位置的至少一个位置传感器，其中，该至少一个位置传感器与中央控制单元相连通，以便将位置信号发送到中央控制单元。于是，中央控制单元可被配置为如此操作驱动设备，从而使得至少一个线性液压致动器根据至少一个液压控制构件的循环操作而受到控制，并且使得至少一个线性电致动器根据位置信号而受到控制，以便确保可动件的受控的循环动作。
[0015]因此，液压致动器的优点(B卩，产生高的作用力的能力)可以与电致动器的优点(即，改进的动态特性和改进的位置控制)相结合。例如，如果由液压致动器产生的力在循环与循环之间应当存在略微的不同，这种差异可以通过至少一个电致动器来补偿。相应地，如果由于液压致动器引起的可动件的位置在循环与循环之间应当存在略微的不同，那么，这种位置差异可以通过至少一个电致动器来调节。事实上，虽然可动件的循环运动的上部止点和下部止点可以通过控制至少一个电致动器来调节，但是液压致动器的控制是不改变的。
[0016]举例而言，如果上部止点和下部止点应进一步地降低，至少一个电致动器在向下运动期间增大力和/或当在可动件的向上运动期间时保持指向下的力。这产生了如下效果，即由于由至少一个电致动器产生的力对液压致动器内的压力条件具有影响，因此在液压致动器的运动期间液压流体的流动发生改变。在改变了上部止点和下部止点后，至少一个电致动器可以如改变之前那样被驱动。
[0017]根据第二方面，驱动设备包括具有冲压机的压头的可动件和至少三个与可动件相联接的电致动器，其中至少三个(并且，在一个优选的实施方式中，四个)线性电致动器可独立地操作。每个电致动器在不同的离散联接点处与可动件或可动件的部分相联接。设置有用于控制至少三个线性电致动器的动作的至少三个电控装置。
[0018]于是，可以在各自的电致动器的联接点处提供对可动件的独立的位置调节，例如，提供可动件的倾斜(P i tch )、转动(ro 11)和线性位置的一个或多个的调节。
[0019]优选地，在各自的联接点处设置有用于测量可动件的位置的至少三个位置传感器，其中，至少三个位置传感器与中央控制单元相连通，以便向中央控制单元发送位置信号。根据位置信号，中央控制单元向电控装置发送控制信号，以控制至少三个电致动器的动作。
[0020]所述方面进一步的优点在于，不需要或仅需要用于可动件的小的被动引导件(passive guide),从而使得可动件不直接与被动引导件相联接。只设置直接与三个线性电致动器的至少一个的输出部分相联接的一个或多个被动引导件是足够的。因此，内部摩擦进一步降低。
[0021]根据第三方面，驱动设备包括可动件；与可动件相联接以便使可动件在互相可逆的方向上运动的至少一个致动器；以及与可动件相联接的至少一个能量存储装置，其中，至少一个能量存储装置具有力路径特性(force path characteristic)。
[0022]至少一个能量存储装置的力路径特性优选如此设计，使得由至少一个能量存储装置施加在可动件上的力在可动件的工作范围内的可动件的一定位置处改变方向或者在可动件的操作范围内提供可动件的定位。
[0023]当以循环的方式操作驱动设备时，如果驱动设备在驱动设备的固有频率(“特征频率”)处或在驱动设备的固有频率(“特征频率”)附近进行驱动，则至少一个致动器的能量消耗可以显著地降低。由于运动的质量是恒定的，并且驱动设备的操作频率应当由用户以灵活的方式来确定，其中至少一个能量存储装置的力路径特性是可调的，从而使得驱动设备的固有频率在可动件的运动频率处或接近于可动件的运动频率。
[0024]能量存储装置可包括至少一个气弹簧。气弹簧可为汽缸和活塞类型或囊状物类型。具体而言，至少一个气弹簧相对于可动件和至少一个致动器定位，以便存储可沿线性轴线的第一方向释放的能量；以及至少一个气弹簧相对于可动件和至少一个致动器定位，以便存储可沿线性轴线的第二方向释放的能量，其中第二方向与第一方向相反。至少一个气弹簧的力路径特性可通过调节气体压力，例如通过利用压力气源来增加气体压力或通过利用出口阀来降低气体压力的方式来调节。在实施例中，至少一个线性致动器是液压致动器，能量存储装置优选与液压致动器流体分离。
[0025]代替一个或多个气弹簧或者除了一个或多个气弹簧之外，可以设置至少一个弹性弹簧作为能量存储装置，每个弹性弹簧在第一端处与可动件相联接。至少一个弹性弹簧可通过调节至少一个弹性弹簧的第二端相对于第一端的固定位置从而增加或减少至少一个弹性弹簧的弹簧常数的方式来调节。应当理解的是，至少一个弹性弹簧的第二端的固定位置的调节可以是对应用到弹性弹簧的中间部分的约束元件的调节，由此降低至少一个弹性弹簧的有效(工作)长度而不是调节实际弹簧元件的端部的位置。可替代地，这种对至少一个弹性弹簧的第二端的位置的调节可以是对至少一个弹性弹簧的端部位置的旋转调节。在这些和其它情况下，至少一个弹性弹簧的第二端的固定位置的调节将导致至少一个弹性弹簧的弹簧常数的增加或减小。
[0026]控制单元优选配置为调节至少一个能量存储装置的力路径特性，以使得驱动设备的固有频率在可动件的运动频率处或接近于可动件的运动频率。控制单元通过以下方式确定至少一个气弹簧或弹性弹簧所需的力路径特性或所需的弹簧常数，以便在驱动设备的固有频率处或在驱动设备的固有频率附近进行操作，所述方式为:通过基于运动质量和所需的操作频率来计算所需的力路径特性或所需的弹簧常数；通过利用选定的或预定的值；或通过根据至少一个线性电致动器和至少一个线性液压致动器的功率消耗来调节力路径特性。后者的可能性是更好的，因为功率消耗的降低是设置能量存储装置和调节其力路径特
性的目的。在第一种可能性的情况下，关系式
【权利要求】
1.一种冲压机,包括: 可动件；和 用于所述可动件的驱动设备，所述驱动设备包括:与可动件相联接以使可动件在互相可逆的方向上运动的至少一个致动器；以及与可动件相联接的至少一个能量存储装置，其中所述至少一个能量存储装置具有力路径特性； 其中，所述至少一个能量存储装置的力路径特性如此设计，使得由所述至少一个能量存储装置施加在可动件上的力在可动件的工作范围内的可动件的一定位置处改变方向； 其中，所述至少一个能量存储装置的力路径特性能够如此调节，使得驱动设备的固有频率在可动件的运动频率处或接近于可动件的运动频率。
2.根据权利要求1所述的冲压机，其中，所述至少一个能量存储装置的力路径特性如此设计，使得由所述至少一个能量存储装置施加在可动件上的力在可动件的操作范围内提供可动件的定位。
3.根据权利要求1或2所述的冲压机，其中，所述至少一个能量存储装置包括至少一个气弹簧。
4.根据权利要求1所述的冲压机，其中，所述至少一个能量存储装置包括: 至少一个气弹簧，所述至少一个气弹簧相对于可动件和所述至少一个致动器定位，以便存储可沿所述至少一个气弹簧的线性轴线的第一方向释放的能量；以及 至少一个气弹簧，所述至少一个气弹簧相对于可动件和所述至少一个致动器定位，以便存储可沿所述至少一个气弹簧的线性轴线的第二方向释放的能量，其中第二方向与第一方向相反。
5.据权利要求3或4所述的冲压机，其中，所述至少一个气弹簧的力路径特性通过调节气体压力是可调节的，具体而言，通过借助压力气体源来增加气体压力或者通过借助出口阀来降低气体压力来调节。
6.据权利要求1或2所述的冲压机，其中，所述至少一个能量存储装置包括至少一个弹性弹簧，每个弹性弹簧在第一端处与可动件相联接。
7.据权利要求6所述的冲压机，其中，所述至少一个弹性弹簧可通过调节所述至少一个弹性弹簧的第二端相对于第一端的固定位置来调节，从而增加或减少可动件上的弹簧力。
8.根据权利要求1一 5中的任一项所述的冲压机，还包括控制单元，该控制单元配置成用于调节所述至少一个能量存储装置的力路径特性，以使得驱动设备的固有频率在可动件的运动频率处或接近于可动件的运动频率。
9.根据权利要求8所述的冲压机，其中，所述控制单元通过基于运动质量和所需的操作频率计算所需的力路径特性，来确定所述至少一个能量存储装置所需的力路径特性，以便在驱动设备的固有频率处或者在驱动设备的固有频率附近进行操作。
10.根据权利要求8所述的冲压机，其中，所述控制单元通过利用选定的或预定的值来确定所述至少一个能量存储装置所需的力路径特性，以便在驱动设备的固有频率处或者在驱动设备的固有频率附近进行操作。
11.根据权利要求8所述的冲压机，其中，所述控制单元通过根据所述至少一个致动器的功率消耗调节力路径特性，来确定所述至少一个能量存储装置所需的力路径特性，以便在驱动设备的固有频率处或者在驱动设备的固有频率附近进行操作。
12.根据权利要求6或7所述的冲压机，还包括控制单元，该控制单元配置成用于调节所述至少一个弹性弹簧的弹簧常数，从而驱动设备的固有频率在可动件的运动频率处或者接近于可动件的运动频率。
13.根据权利要求12所述的冲压机，其中，所述控制单元通过基于运动质量和所需的操作频率计算所需的弹簧常数，来确定所述至少一个弹性弹簧所需的弹簧常数，以便在驱动设备的固有频率处或者在驱动设备的固有频率附近进行操作。
14.根据权利要求12所述的冲压机，其中，所述控制单元通过利用选定的或者预定的值来确定所述至少一个弹性弹簧所需的弹簧常数，以便在驱动设备的固有频率处或者在驱动设备的固有频率附近进行操作。
15.根据权利要求12所述的冲压机，其中，所述控制单元通过基于所述至少一个致动器的功率消耗调节弹簧常数，来确定所述至少一个弹性弹簧所需的弹簧常数，以便在驱动设备的固有频率处或者在 驱动设备的固有频率附近进行操作。
【文档编号】B30B1/34GK103496185SQ201310360253
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2008年11月7日 优先权日:2007年11月9日
【发明者】V·H·马丁, B·P·金泰尔 申请人:万科国际股份有限公司