变位自冲模具铆接的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种变位自冲模具铆接机，所述自冲模具铆接机在其框架鼻部上具有能够进行变位的模具台。在模具台上设置有多个模具。框架限定有第一通道以及与第一通道连通并从第一通道叉开的第二通道。用于使模具台变位的致动器位于铆接机的框架鼻部之外的位置，并通过设置在第一通道和第二通道内的轴或带而连接到模具台。模具台具有与定位臂协作的多个止动件，以阻止模具台变位并将模具与往复式冲头的路径共线地布置。
【专利说明】变位自冲模具铆接机
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种自冲模具铆接机，尤其针对于在使用过程中可被变位到一个位置和从该位置变位出来的多个自冲模具。
【背景技术】
[0002]自冲模具铆接机用于利用自冲铆钉来使两个或更多个材料彼此接合。将要接合的材料被放置在铆接机的模具和冲头之间。冲头接触自冲铆钉的头部并且朝向模具来驱动尾部，以对材料进行穿孔。自冲铆钉完全穿透顶板材，但是通常仅部分地穿过底板材，以提供紧密接合。受模具的影响，铆钉的尾端张开并互锁在底板材中，以形成小轮廓的扣(lowprofile button)。
[0003]自冲铆钉通常通过带、匣或线轴而进给至铆接机上的一个位置，以进行连续生产。自冲铆钉可用于接合一系列不同的材料，例如，钢、铝、塑料、复合材料以及预涂覆或预喷涂材料。自冲模具铆接的优点包括低能量需求、不发热、无烟尘、无火花、无浪费和均一的高质量。
[0004]单模具铆接机具有滑入模具容纳孔和从模具容纳孔滑出的可更换式模具。模具容纳孔位于模具正下方进而正好与冲头的运动共线。孔与冲头共线增大了应力集中程度并且通常需要加强铆接机位于那个区域中的框架。加强模具附近的框架需要较大的框架鼻部，这限制了工具的可接触性。同样，单模具铆接机不具有易于改变模具的形状以允许多种模具构造使用单模具铆接机的灵活性。
[0005]可在授予Kondo的第6，964，094B2号美国专利和授予Naitoh的第7，810, 231B2号美国专利中找到在框架鼻部上放置有变位电机的变位模具铆接机的示例。在框架鼻部上放置变位电机限制了工具的接触性。
[0006]如下面所概述的，本公开致力于解决以上问题和其他问题。
【发明内容】
[0007]本公开的一方面提供了一种具有支撑模具台的框架的自冲模具铆接机。模具台能够绕旋转轴旋转，并在其周围设置有多个模具。框架限定有沿模具台的旋转轴延伸的第一通道以及与第一通道连通并从第一通道叉开的第二通道。致动器通过第一通道和第二通道与模具台连接并能够使模具台旋转。
[0008]根据本公开的另一方面，一种模具铆接机具有被设置在其框架鼻部上的模具台。模具台能够绕轴旋转，第一轴连接到该旋转轴并从模具台沿该旋转轴延伸。第二轴结合到第一轴并沿从第一轴叉开的方向延伸。致动器连接到第二轴并能够通过第一轴和第二轴使模具台旋转。
[0009]一种模具铆接机包括:模具台，能够绕轴旋转且设置在框架上；第一轴，连接到模具台的轴并沿该轴延伸；第二轴，结合到第一轴并沿从第一轴叉开的方向延伸；致动器，连接到第二轴并能够通过第一轴和第二轴使模具台旋转。[0010]框架限定有沿模具台的轴延伸的第一通道，第一轴至少部分地设置在第一通道中，且框架限定有与第一通道连通并从第一通道叉开的第二通道，第二轴至少部分地设置在第二通道中。
[0011]第二轴通过锥齿轮组、等径伞齿轮组、蜗轮传动和端面齿轮组中的至少一种而结合到第一轴。
[0012]所述模具铆接机还包括定位臂，所述定位臂具有连接到框架的近端和从近端延伸的远端，且模具台限定有与第一模具相关的第一止动件，其中，定位臂的远端被选择性地设置在模具台的第一止动件中，以将第一模具与往复式冲头共线地布置。
[0013]模具台限定有与第二模具相关的第二止动件，且定位臂的远端被选择性地设置在模具台的第二止动件中，以将第二模具与冲头共线地布置。
[0014]致动器能够使模具台从定位臂的远端设置在第一止动件中的第一位置旋转至定位臂的远端设置在第二止动件中的第二位置，其中，定位臂的远端与第二止动件协作以阻止模具台旋转并将第二模具与冲头共线地布置。
[0015]根据本公开的又一方面，公开了一种铆接机，所述铆接机具有模具台，所述模具台连接到铆接机并限定有多个止动件。第一模具设置在模具台上与第一止动件对应的位置。定位臂连接到铆接机并具有自由端，所述自由端选择性地设置在第一止动件中，以阻止模具台变位并将第一模具与往复式冲头的路径共线地布置。
[0016]一种铆接机包括:模具台，连接到铆接机并限定有多个止动件；第一模具，设置在模具台上与所述多个止动件中的第一止动件对应的位置；定位臂，连接到铆接机并具有自由端，所述自由端选择性地设置在第一止动件中，以阻止模具台变位并将第一模具与往复式冲头的路径共线地布置。
[0017]所述铆接机还包括大体上呈C形的框架，所述框架限定有头部、鼻部以及设置在头部和鼻部之间的中部，其中，鼻部支撑模具台，头部支撑往复式冲头，中部支撑致动器，其中，致动器能够使模具台变位，以促使定位臂的自由端选择性地设置在所述多个止动件中的第二止动件中并将第二模具与往复式冲头的路径共线地布置。
[0018]下面将参照附图更详细地解释本公开的以上方面和其他方面。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是自冲模具铆接机的框架鼻部上的模具台、远离鼻部设置在铆接机上的致动器、通过设置在框架通道中的轴将致动器结合到模具台的概略性侧视图。
[0020]图2是第一轴经锥齿轮组结合到第二轴的局部侧视图。
[0021]图3是第一轴经蜗轮传动组结合到第二轴的局部透视图。
[0022]图4是第一轴经端面蜗轮传动组结合到第二轴的局部透视图。
[0023]图5是带结合到第一轴的局部透视图。
[0024]图6是自冲模具铆接机的框架鼻部的局部俯视图，示出了具有两个模具的模具台和定位臂，所述定位臂具有被设置在止动件中的远端以将所述两个模具中的一个定位在冲头之下；
[0025]图7是自冲模具铆接机的框架鼻部的局部俯视图，示出了具有三个模具的模具台和定位臂，所述定位臂具有被设置在止动件中的远端以将所述三个模具中的一个定位在冲头之下；
[0026]图8是自冲模具铆接机的框架鼻部的局部俯视图，示出了具有四个模具的模具台和定位臂，所述定位臂具有在模具台旋转时被设置在止动件外部的远端。
【具体实施方式】
[0027]参照附图公开示出性实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅是示例，这些示例可以以各种和可选的形式实施。附图不一定按照比例绘制，可夸大或最小化一些特征，以示出具体部件的细节。所公开的具体结构和功能性细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员如何实施公开的构思的代表性基础。
[0028]图1示出了具有框架12的自冲模具铆接机10。框架12通常可呈C形，限定有头部14、鼻部16以及设置在头部14和鼻部16之间的中部18。冲头20连接到框架12的头部14，并由框架12的头部14支撑。冲头20是往复式冲头并沿路径22从框架12的头部14到鼻部16进行往复运动。可通过将材料(未示出)放置在框架12的头部14和鼻部16之间并位于冲头往复路径22之内，利用自冲模具铆接机10将材料接合在一起，且铆钉(未示出)可通过冲头20而被驱入到材料中。将要接合的材料可能会具有不同的几何形状和接触点。框架12的鼻部16的形状是能够在接触点内接触材料并将材料铆接在一起的最大限制因素。
[0029]模具台30设置在框架12上，并由框架12的鼻部16支撑。如所示出的，在模具台30上设置有第一模具32和第二模具34。然而，在模具台30上可设置有数量比两个多或比两个少的模具。模具台30上的每个模具均可具有不同的几何形状。第一模具32与冲头往复路径22共线地布置。模具台30被示出为能够绕旋转轴36旋转。模具台30和模具32、34被示出为相对于旋转轴36对称地布置，其中，该旋转轴36与冲头往复路径22平行。然而，模具台30和/或模具32、34相对于旋转轴36可以是不对称的。模具台30还可枢转地结合到鼻部16或者可相对于鼻部16纵向线性地、横向线性地或以任何组合方式变位。
[0030]第一轴40连接到模具台30并从模具台30延伸。第一轴40沿模具台30的旋转轴36延伸，从而模具台30绕第一轴40旋转。第一通道42由框架12的鼻部16限定。第一轴40至少部分地设置在第一通道42中。第一通道42可以是如图中所示的通孔，或者是盲孔。第一通道42也沿模具台30的旋转轴36延伸。第一通道42沿偏离冲头往复路径22的方向延伸，与具有与冲头往复运动共线的孔的铆接机相比，这允许框架12的鼻部16被更低程度地加强。与冲头往复运动共线的孔增大了应力集中程度，并且通常需要加强铆接机的框架鼻部，结果导致鼻部更大并限制工具的接触性。
[0031]第二轴46结合到第一轴40并从第一轴40沿叉开的方向延伸。第二轴46至少部分地设置在第二通道48内。第二通道48由框架12限定，与第一通道42连通并从第一通道42叉开。第二通道48从框架12的鼻部16延伸到中部18并穿过中部18。第二轴46和第二通道48分别从第一轴40和第一通道42叉开的方向被示出为基本上是垂直的。通常，垂直的意思是从85至95度范围内的角度。然而，轴40、46和通道42、48之间可使用大于零度的任意叉开角度，只要第二轴46和第二通道48从框架12的鼻部16延伸出来并远离鼻部16延伸即可。
[0032]致动器52连接到框架12的中部18并由框架12的中部18支撑。与在框架12的鼻部16上放置有变位电机相反的是，将致动器52远离鼻部16放置减小了鼻部16的尺寸并增大了使工具接触到将要接合的材料的接触点的能力。致动器52连接到第二轴46。致动器52使第二轴46旋转,这使得第一轴40旋转,进而使模具台30旋转。可选地,模具台30可按照非旋转的方式进行变位，例如，在框架12的鼻部16上横向地运动，或者纵向地运动进入框架12的鼻部16和从鼻部16出来。致动器52可通过第一通道42和第二通道48使模具台30相对于框架12的鼻部16旋转地变位、枢转地变位、纵向线性地变位、横向线性地变位或者以任何组合方式变位。
[0033]控制器56经由致动信号58来使致动器52致动。控制器56通过往复信号60来使冲头20进行往复运动。响应于来自控制器56的往复信号60，冲头20将自冲铆钉驱入到将要接合的材料中。然后，自冲铆钉受到第一模具32的影响，铆钉的尾端由于第一模具32的限制而张开并互锁在底板材中。控制器可向致动器52发送致动信号58，以使模具台30旋转，从而将第二模具34与冲头往复路径22共线地布置。随后，控制器还可向冲头20发送往复信号60，并将自冲铆钉驱入到将要接合的材料中使得铆钉的尾端受到第二模具34的影响。
[0034]与第一模具32相比，第二模具34的不同的几何形状将导致具有不同的几何形状的铆钉进入将要接合的材料内。这在连续制造过程期间有助于结合不同类型的材料、结合不同厚度的材料、结合不同数量的材料、期望得到不同的接合刚度或强度和/或驱动不同尺寸的铆钉。自冲模具铆接机10还可与机器臂62结合地使用，且控制器56还可控制该机器臂。
[0035]图2示出了第二轴46通过锥齿轮组66而结合到第一轴40。锥齿轮组66包括设置在第一轴40的端部的 第一锥齿轮66a以及设置在第二轴46的端部的第二锥齿轮66b。锥齿轮66a、66b可以是连接到轴40、46的端部的单独组件，或者可被直接加工在轴40、46的端部中。如所示出的，锥齿轮66a、66b是具有相同的齿数并具有成直角的轴线的等径伞齿轮；然而，锥齿轮66a、66b的尺寸可变化，以相对于彼此具有不同的齿数，并且锥齿轮66a、66b各自的轴线之间的角度可变化。锥齿轮66a、66b被示出为具有直齿的直齿锥齿轮?’然而，为了更平稳和更渐进的接触，还可使用具有弧齿的弧齿锥齿轮。第一轴40和第二轴46可分别具有相交的轴线68a、68b，因此，第一通道42的轴线和第二通道48的轴线也可被相交地加工在框架12中。锥齿轮66可以可选地使用轴线68a、68b不相交的准双曲面齿轮，因此，第一通道42和第二通道48可被加工在框架12中，从而它们各自的轴线不相交。
[0036]图3示出了第二轴46通过蜗轮传动70而结合到第一轴40。蜗轮传动70包括设置在第一轴40的端部的蜗旋齿轮70a (也被称为蜗轮)和设置在第二轴46的端部的螺杆70b(也被称为蜗杆)。可选地，蜗轮70a可设置在第二轴46上，且蜗杆70b可设置在第一轴40上。蜗轮70a和蜗杆70b可以是连接到轴40、46的端部的单独组件，或者可被直接加工在轴40、46的端部中。当使用蜗轮传动70时，第一轴40和第二轴46、轴线68a和68b不相交，因此，第一通道42和第二通道48可被加工成使得它们各自的轴线不相交。
[0037]图4示出了第二轴46通过端面齿轮组72而结合到第一轴40。端面齿轮组72包括设置在第一轴40的端部的端面齿轮72a (也被称为端面轮、冠状齿轮)和设置在第二轴46的端部的小齿轮72b。可选地，端面齿轮72a可设置在第二轴46上，小齿轮72b可设置在第一轴40上。端面齿轮72a和小齿轮72b可以是连接到轴40、46的端部的单独组件，或者可被直接加工在轴40、46的端部中。端面齿轮组72可被构造成使得轴40、46的轴线68a、68b相交或不相交，因此，能够将通道42、48加工在框架12中，使得通道42、48的轴线相交或不相交。
[0038]图5示出了使用带74将致动器52结合到第一轴40。带74可以是平带、圆形带，或者可包含多个槽或肋。带74还可以是链连接而成的链条。带74可部分地设置在框架12的第二通道48中。第三通道(未示出)还可与第一通道42连通并从第一通道42延伸，从而带74的驱动部74a被部分地设置在第二通道48中且带74的返回部74b被部分地设置在第三通道中，或者反之亦然。致动器52可以是多方向的，且当致动器52切换方向时驱动部74a可变成返回部。带与设置在第一轴40上的滑轮76接合。滑轮76还可以是链轮、齿轮(cog)或主轴。滑轮76可以是连接到第一轴40的端部的单独组件，或者可被直接加工在第一轴40的端部中。
[0039]图6示出了用于抑制/阻止模具台30旋转并将模具台30定位在一个位置的机构。在模具台30的外周边缘84上限定有第一止动件80和第二止动件82。第一止动件80位于关于旋转轴36与第一模具32相对的位置，且第二止动件82位于关于旋转轴36与第二模具34相对的位置。
[0040]定位臂90具有连接到框架12的近端92和从近端92延伸并设置在第一止动件80中的远端94 (或自由端)。定位臂90的远端94设置在模具台30的第一止动件80中，以将第一模具32与往复式冲头20共线地布置。每个止动件80、82均对应于各自的模具32、34，且定位臂90的远端94设置在止动件80、82中，以阻止模具台30旋转并将其对应的模具32、34与冲头往复路径22 (见图1)共线地布置。
[0041]模具台30能够从第一位置旋转到第二位置，从而将第二模具34与往复式冲头20共线地布置，其中，在第一位置，定位臂90的远端94被设置在第一止动件80中，在第二位置，远端94被设置在第二止动件82中。致动器52可用于使模具台30从第一位置旋转到第二位置。定位臂90可固定到框架12，其中，远端94通过定位臂90的弹性变形而被选择性地设置在止动件80、82中或设置在止动件80、82之外。定位臂90的远端94可呈球形，以提供球窝阻力，其中，致动器52必须克服该阻力来使球形端滑出第一止动件80。然后，球形端94沿模具台30的外周84滑动，直到球形端94回弹到第二止动件82中。与依靠致动器52来使模具32、34对齐相反的是，与止动件80、82相协调的定位臂90为模具32、34提供精准的对齐。
[0042]定位臂90在近端92处也可枢转，以允许远端94运动进入止动件80、82和从止动件80、82中运动出来。弹簧(未示出)可用于将定位臂90偏压到止动件80、82中和/或沿模具台30的外周84偏压定位臂90。定位臂伺服系统96还可用于使定位臂90枢转。控制器56可向定位臂伺服系统96发送用于当模具台30被致动而进行旋转时使定位臂90枢转远离模具台30的信号。
[0043]图7示出了与定位臂90协作的模具台30的另一示例。模具台30限定有与第一模具32对应的第一止动件80、与第二模具34对应的第二止动件82以及与第三模具102对应的第三止动件100。定位臂90可以选择性地设置在止动件80、82、100中的一个中，以使模具32、34、102中相对应的一个与冲头20的冲头往复路径22 (见图1)共线地布置。定位臂90可具有位于近端92和远端94之间的手动调节器104，以改变定位臂90的长度并为模具提供位置校准。第二定位臂伺服系统106可提供定位臂90在近端92处的线性运动，以为止动件80、82、100提供位于模具台30中的不同位置和方位和/或提供校准。
[0044]图8示出了与定位臂90协作的模具台30的又一示例。在本示图中，定位臂90的远端94未设置在止动件中。相反，远端94邻近于模具台30的位于第一止动件80和第二止动件82之间的外周边缘84，从而允许模具台30如箭头108所指示地绕其旋转轴36旋转。可选地，模具台30可进行如通过诸如齿条和小齿轮构造(未示出)的结合所提供的线性运动。在线性运动构造中，定位臂90可设置在止动件中，以阻止模具台30线性运动。
[0045]控制器56能够利用机器臂62将自冲模具铆接机10布置在将要接合的材料之间。控制器可向冲头20发送往复信号60，以进行往复运动并将铆钉冲压到将要接合的材料中。定位臂90可阻止模具台30运动，从而为第一模具32和冲头20的往复路径22提供正确的对齐。然后，控制器56可利用机器臂62将铆接机10重新定位到将要接合的材料上的不同位置处。该不同位置可能会需要不同几何形状的铆钉。然后，控制器可向致动器52发送致动信号58，以使模具台30变位而使得第二模具34与冲头20的往复路径22共线。定位臂90从与第一模具82对应的止动件80出来并进入与第二模具34对应的止动件82，以阻止模具台旋转并使第二模具34与冲头往复路径22共线地对齐。然后，控制器56可向冲头20发送另一往复信号60，以进行往复运动，结果使相对于第一铆钉具有不同几何形状的第二铆钉置于将要接合的材料中。可对控制器56进行编程，以将材料自动进给至大规模生产装配线。利用如上所述的创新保持了工具的接触性同时提高了工具的灵活性。
[0046]虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了所公开的装置和方法的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离所要求保护的本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。实施的各个实施例的特征可结合，以形成所公开的构思的进一步的实施例。
【权利要求】
1.一种自冲模具铆接机，包括: 框架，支撑模具台，在所述模具台上设置有模具，所述框架限定有沿模具台的旋转轴延伸的第一通道以及与第一通道连通并从第一通道叉开的第二通道； 致动器，通过第一通道和第二通道与模具台连接并能够使模具台旋转。
2.根据权利要求1所述的铆接机，其中，第一通道沿偏离冲头的往复路径的方向延伸，且第二通道与第一通道大体上垂直地延伸。
3.根据权利要求1所述的铆接机，所述铆接机还包括第一轴，所述第一轴连接到模具台并至少部分地设置在第一通道中。
4.根据权利要求3所述的铆接机，所述铆接机还包括第二轴，所述第二轴将致动器结合到第一轴并至少部分地设置在第二通道中。
5.根据权利要求4所述的铆接机，其中，第二轴通过锥齿轮组、等径伞齿轮组、蜗轮传动和端面齿轮组中的至少一种而结合到第一轴。
6.根据权利要求3所述的铆接机，所述铆接机还包括带，所述带至少部分地设置在第二通道中以将致动器与第一轴结合。
7.根据权利要求1所述的铆接机，所述铆接机还包括定位臂，所述定位臂具有连接到框架的近端和从近端延伸的远端，其中，模具台限定有止动件，且定位臂的远端被选择性地设置在模具台的止动件中，以将模具与冲头共线地布置。
8.根据权利要求7所述的铆接机，所述铆接机还包括设置在模具台上的至少一个附加模具，模具台限定有与所述至少一个附加模具中的每个均对应的至少一个止动件，且模具台能够旋转，使得定位臂的远端选择性地设置在所述至少一个止动件中，以将所述至少一个附加模具中的相应模具与冲头共线地布置。
9.根据权利要求7所述的铆接机，其中，止动件位于模具台的关于旋转轴与模具相对的外周边缘上。
10.根据权利要求7所述的铆接机，其中，定位臂是可调节的。
11.根据权利要求7所述的铆接机，其中，定位臂的近端固定到框架，且定位臂的远端通过定位臂的弹性变形而选择性地设置在止动件中和设置在止动件之外。
12.根据权利要求7所述的铆接机，所述铆接机还包括控制器，所述控制器与模具台、致动器以及能够使模具台旋转的定位臂协作，以从模具与冲头共线地布置变位至所述至少一个附加模具与冲头共线地布置。
【文档编号】B21J15/10GK103990756SQ201410051585
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2013年2月18日
【发明者】马修·弗里斯, 威廉姆·C·莫尔森 申请人:福特汽车公司