专利名称：多心轴程序可控转台装置及实现其时间调制的方法
技术领域：
本发明一般地说是涉及加工机械的时间控制的方法和装置，以提高生产率。具体地说是涉及一种多心轴程序可控转台装置的时间调制的方法和装置，以将心轴顺序定位成与布置在绕心轴运行轨道的各个加工站有效联系。本发明特别是提供了一种杯子加工机械的时间调制方法和装置，其中转台以恒定的角速度转动，而与各心轴发生啮合的工件则以可控制的方式相对于各加工站经历加速、减速和绝对停顿各间断期间，极大地改善产量并减小机器的疲劳。
具有可间断转动的转台，以将工件送至各加工站进行加工的机械是众所周知的。这可参见例如发布于1950年6月27日的狄尔斯耐(Dearsley)的美国专利第2512922号，与本发明的最佳实施方式特别相关之处在于在纸杯生产机器中采用了转位转台，它已在例如威斯康星州迈尔沃基(Milwaukee)纸品机器公司制造的PMC-1000型高速自动纸杯和纸板盒机上得到采用。
该PMC-1000机具有一个传送转台，一个心轴转台和一个制边转台，它们都由一个单独的以恒定角速度转动的主驱动轴以步进(“转位”)方式被同步驱动。每个转台有若干个沿轨道运行的构件，例如从直立的可转动支架径向向外伸出的心轴等。通过这种步进转动，该心轴转台将每个心转顺序送至绕心轴轨道布置的若干加工站中的每个加工站，以在被心轴承载的工件上进行一系列的预定的加工工序。
每一加工站都与主驱动轴有效联系，实现心轴和加工站间的同步相互作用。典型的是驱动轴转一周构成一个机器工作循环，在该工作循环中每一加工站在工件上进行一道与给定的心轴有关的加工工序。在纸杯加工机连续运转期间每个纸杯必须接合每一加工站一次，在一个特定的加工机上加工站的数量是纸杯最终形状的复杂程度的函数。因此，一个机器工作循环即可生产一个纸杯。普通多转台机每分钟可生产60至200只纸杯(CPM)。
该PMC-1000机的心轴转台有8个心轴，绕垂直立柱等距离隔开。设置在各心轴公共轨道周围的是6至8个对被心轴承载的工作(如纸)进行独立的加工工序的加工站。
在第一个加工站上，杯的底部被旋转在向外面对心轴的平端头上，并用例如与心轴远侧端相通的真空管线保持在那里。与驱动轴的下一步转动相当，整个心轴转台转过45度(360度除以8个心轴数)，这样每一心轴都同时与下一加工站相接合。
一个称之为整形器的装置与在第二加工站圆形纸底接触，并将其周边向背离尚未组装的杯子饮用表面方向略微弯曲。然后整形杯底送至第三加工站，在那里一个预热过的纸侧壁被合拢并夹紧在心轴和纸杯底外面。杯底在第四加工站上被加热。
在第五加工站上进行向内卷边，其中包括对整个杯底半成品的预合拢部分的侧壁进行卷边。在第六加工站上，在所参照的机器中是一个滚花工位，侧壁和底部封在一起，并作修正处理。在第七加工站上，工件从心轴转台送至压边转台，进行进一步处理，工件送到第七加工站的压边转台后，心轴前进到第一心轴转台加工站，以接受另一个杯底件。在压边转台的所有工序已完成，成品杯从机器上卸下，起来以备包装。
上述工艺过程的许多变换被例行地采用以满足不同杯子结构的独特要求例如在每个杯子的边缘上放上一个塑料圈。由于空间和其它机械上的限制，每一转台或许最多只能配置10个心轴或加工站。不然，这些加工站会太拥挤，导致运动件之间的互相干扰。类似的局限性还会对适应现行转台结构的能力产生影响，无论进行的加工过程或加工出的产品如何。这些限制并非只与杯子生产有关。
为保证每一加工站在适当的时候接合每个工件并在每个工件上执行其规定的任务，无数机械装置和与之共同工作的转台典型地是用一个公共主驱动轴驱动的。这种配置导致迄今在某些机器设计中不受欣赏的实质。
动力从该驱动轴传出，在各加工点沿其长度通过皮带、皮带轮、链条或齿轮传送动力，尤其传送到心轴转台、压边转台、半成品(侧壁)送料器、侧壁夹持器、侧壁合拢翼、纸夹持器、接缝夹持器、制杯底器、杯底整形器、杯底加热枪、杯底向内卷边、杯底精整、压实器和压边器。这些机械在转动、转位、伸出和缩回过程中，在每一机器的工作循环的某些期间，它们要从驱动轴吸收动力。而由于机械惯性的作用，这些同一构件在其每一工作循环的另外周期，又常常向驱动轴供给动力。由于驱动轴受到以恒定角速度(1～4转/分)旋转及沿其长度不同点上经受着加载和卸载的作用两方面的制约，由驱动轴供给的和传给驱动轴的循环扭矩显得很重要。例如心轴传送器和压边转台所要求的合成尖峰扭矩约为950磅力英尺，才能从一个加工站到达下一个加工站。而仅由驱动轴提供和由心轴转台本身传给驱动轴的(尖峰)扭矩就约为400磅力英尺。
不同构件与驱动轴沿其长度在不同点上发生的相互作用这一事实产生了两个彼此相关的现象。
首先，某些装置在每一工作循环的某一时刻从驱动轴吸取动力的同时，其它构件在同一时刻却向该驱动轴供给动力，导致作用在驱动轴上的扭矩一定程度的抵销;最后的净作用是由驱动轴供给或吸收的瞬时扭矩小于各扭矩吸收和扭矩供给件的绝对值之和。对于一台典型的生产率为200CPM(以每分钟生产200只杯子即每秒生产三又三分之一只杯的1∶1的机器作为上述情况的示范)的机器，其驱动轴供给的尖峰扭矩值范围为775～800磅力英尺，而每转所吸收的尖峰扭矩值范围为700～725磅力英尺。
第二个现象是，当驱动轴同时向沿其长度不同点上联接其上的若干构件供给不同数值的扭矩时，施加在驱动轴不均匀横截面之元件上的不同大小的各扭矩将引起驱动轴的“扭转”，扭转将在驱动轴内引起大的循环扭曲应力和振动。
这种大的不均匀扭矩和负荷的循环性质的共同作用，可能在驱动轴内产生巨大的循环应力。为了防止材料破坏，驱动轴必须具有足够的强度和截面积以分配内部载荷，而且为避免出现不希望的过大的扭矩，驱动轴的速度应不超过设计最大值。
另一方面，由于上述杯成形作业是与驱动轴同步的，杯子的生产率是驱动轴速度的函数。受商业实用性制约和对这种机器的显著投资所关注的设计目的在于最大限度地增加单位时间内杯子的产量。由于驱动轴每转一圈才能生产一只杯，所以设计的目标在于最大限度地提高驱动轴的转速。但所遇到的困难是，扭矩是轴转速平方的函数这一事实。因此，对282CPM机来说，不得不供给如200CPM机所需的双倍的扭矩。
为提高生产率需要分析驱动轴扭矩。从第一项原理可知，扭矩等于力乘力臂的矢量积。力臂是驱动轴心至施力或吸力构件对驱动轴着力点的距离。从这个分析看来，转台(心轴、压边和传送器，在它们可适用的场合)，由于它们的质量不可避免地很大，对驱动转的冲击是很明显的。因此驱动轴与转台的相互作用的着力点是至关重要的。
如前面已讨论过的，普通的转位转台是以很大的力与驱动轴共同工作的。为保持机械精度，驱动转台的驱动齿轮(“盘”)具有相当大的质量。结果，距离“r”(从驱动轴心至盘与转台相互作用的着力点)对于转台驱动盘来说对给定的转台力和驱动材料性质受到设计上的约束条件的极大限制。因此，驱动轴/转台扭矩的作用力分量成为问题的焦点。
力等于质量乘加速度。实际上，作用在驱动轴上转台力是转台的质量分布和使它产生的角速度的函数。机械上的考虑，尤其是强度和振动性质对给定的转台质量来说起到支配的作用或有显著影响的因素。因此驱动轴扭矩可以减小的程度取决于转台加速度可以减小的程度。
加速度是速度对时间的导数，或转台速度(这时是角速度)增加或减小的变化率。在普通转位转台中，心轴彼此间以及心轴与转台间保持固定的位置。这样，在心轴每一次前进到下一加工站，整个转台都必须加速和减速。这是对工件和加工站之间精度相互作用经常要求彼此间绝对对齐即绝对心轴停顿的事实的一个结果，否则产品质量就受损。随着驱动轴速度的提高，要求加速或减速转台质量所要求的扭矩也加大。
联邦德国机器制造商霍尔沃夫(Hoerauf)建议，如果不要求驱动轴加速和减速转台，则可获得较高的驱动轴速度和较高的转台速度。因为加速度是速度的变化率，以恒定速度转动的转台，无论其速度大小如何，(除要求克服摩擦力的转矩外)是不要求任何转矩的。至此，通过这样的探讨，难以处理的问题就只涉及如何保持心轴(由恒定转速转动的转台携带)和加工站间的绝对对齐。
霍尔沃夫还建议，用恒定转速的转台将工件从一台转台送至另一转台。但是，这既要求兼顾心轴和加工站间的绝对停顿，或要求加工站在接近过程中跟踪一段绕心轴转动轴转动的具有固定半径的圆弧。前者对许多精加工作业来说是不能接受的;后者包括极大地增加机械的复杂程度，并明显增加对空间的要求。因此，两者既不是满意地解决基本问题的途径，也不反映对下述问题或其产生的原因的理解或赏识。
其他人虽然从根本不同的角度曾建议沿转轮外圆布置一系列工件，布置在工件运动轨迹附近的加工站也还是随轮子的转动与工件相互作用的。
1984年4月18日公布的题目为“包裹糖果的装置”的英国2127766号专利，公开了一种安装在中心驱动轴上的传送轮，它具有径向伸出的带夹持爪的臂，用以接受工件。夹持爪在加工站接受一个工件，并带着它移动90度，送到第二加工站，传送给垂直布置的一对夹持爪。传送轮的作用在于，在从第一加工站接受工件，以及将它送至第二加工站期间，所述的夹持爪相对于运动的传送轮看上去是“静止”的。夹持爪的明显的停顿是通过滚子杠杆的作用实现的，滚子杠杆在绕传送轮中心线布置的凸轮轨道内滚动，而传送轮本身又从相反方向转动一个调整轴，从而产生所谓的“逆向同轴摆脱夹持爪”运动。尽管这些爪暂时被偏移以使它们不绕传送轮轴线转动，却达了必要的结果在角度运动停顿期间，工件是径向向外运动的。
1949年4月26日发布的题目为“供料装置”是达恩(Dunn)的美国专利第2468225号公开了一种向主转台供送工件的供料转台。该供料转台具有6套或更多的杠杆机构，它们是用铰链联接在供料转台的主轴心线上的，并且是绕该轴心线对称布置的。每个杠杆系统的远侧端具有一个物体携带装置。主转台也包括若干物体携带装置，它们是可在主转台中往复运动的构件，并且绕主转台中心轴线对称布置的。当两个互相配合的转台装置彼此通过或历经“运送配准”时，供料转台的主转台运送一个物体，这个过程需要移过大约25度。此外，在操作者将工件装在供料转台上的期间，还设置有一个停顿区间。通过两个静止凸轮和一系列杠杆及随动件的相互作用，可以达到“运送配准”和停顿，而又不干扰转台的转动。但是，由于杠杆机构没有绕转台转动中心线转动，在停顿期间每个物体携带装置是绕自身的轴线转动的。因此，许多精密的作业所要求的绝对的停顿的条件，按照该美国专利2468255的教导，是不可能获得的。
1981年8月26日公布的题目为“包装机械的改进”英国专利第2069440号，公开了一种传送轮，它绕框架中的一个轴转动。凸轮轨道刚性地固定在框架上。若干条臂用枢轴安装在固定于传送轮上的一个主轴上。随着轮子的转动，被凸轮轨道偏移的臂可以根据需要相对传送轮加速或减速，或者彼此聚集一起或分开。但是这些臂加速或减速时，它们距传送轮轴线的距离必须增加或减小。
1985年4月16日公布的题目为“在连续运动的操作装置中进行的产品的加工方法和装置”的让巴麦(Zambomi)的美国专利第4511027号，公开了一对连续转动的辐条式轮子，其上有可滑动地装在辐条上的滑块。这对轮子是对正的，这样由一个轮子上的滑块运来的工件可以在滑块间进行运送配准时传给配对轮子上相应的滑块。尽管滑块间经历了相对停顿，但它们不能相对自身的轮毂或空间的某个固定点保持停顿。
所有这些装置都有某些共同的特点。例如转动的轮子的布置能与一二个加工站相互作用。因为一个工作必须与至少六至八个加工站相互作用，这就要求多个心轴转台。此外，相对工作经历与加工站进行啮合的时间期间来说，将工件运往加工站使其与加工站啮合所需的时间相对是长多了。
达到提高杯子生产率的目标取决于轴转速的增加，但与此相关的如何减小或抵销扭矩的增大一直使工业界感到困惑。了解早先未曾评估的因增加扭矩而产生的错综复杂的作用和理解由心轴绝对停顿所带来的优点对于实施提高低成本生产技术是十分关键的。
普通杯子制造机器的驱动速度主要受到驱动轴承受转台转位时产生的大扭曲载荷的能力的限制。人们已经研究过那些更错复杂的影响机器运转速度的次要因素由于转位载荷的循环特性引起的谐波强迫振动。如上面已讨论过的，按照本发明的一个方面已确定，多个具盘体的相互循环转动，可以随着驱动速度的提高产生迄今尚未曾检测过的加速度在驱动轴上的反转。提高驱动轴承受扭曲应力的能力，从而有助于提高驱动轴速度，或许只加重谐波强迫振动现象。估计系统受这种振动的影响是困难的，与补偿相反，已进一步确定，驱动轴扭矩的减少才是正确的设计目标。
据说，由于任何具体的参数导致驱动轴扭矩所起作用的减小是唯一未解决的问题。减小总驱动轴扭矩的最好途径是由多个转台减小扭矩。简要地说，问题就归结于设计一种机械系统，它可同时满足下列背道而驰的目的1)减小驱动轴扭矩(这对难以捉摸的谐波振动性质是特别重要的);2)提高轴的转速;3)保持多个加工站转台的排列形式;4)保持心轴的绝对停顿。
问题已经认识到了，但解决的办法却不是显而易见的。
本发明在另一方面已经获得显著的效益，它来源于发属一种用机械的方法控制程序心轴(或多个心轴)，以实现绝对的停顿，即相对于转动的转台相对停顿，而相对于空间某个固定点绝对瞬时静止。这个方面可按照本发明提供的最佳实施装置通过绕有关转台的转动轴线布置数个对转台的转动作出响应的作圆周运动的心轴并设置控制装置以提高或降低这些心轴相对转台的角度速加以实现。更具体地说，提供的最佳实施例包括一个圆柱，或立柱，它可转动地设置在静止框架内;一个基本上是平的环形轮毂，它刚性地固定在该立柱上;数个传送件可绕枢轴转动地安装在该轮毂内，并沿圆周布置;一个平板，或凸轮盘，刚性地固定在该框架上，当立柱、轮毂和各传送件以固定角速度转动时，该凸轮盘可以保持不动;以及一个具有预轮廓形状的凸轮轨道，设置在该凸轮盘表面上。安装了数个可绕中心立柱轴心线转动的心轴。一系列机械连杆将该传送件联接在该心轴和该凸轮轨道上。当该转台(立柱和轮毂)绕该中心立柱的轴线转动时，每一传送件拉一绕凸轮轨道的连杆，连杆一端具有一个凸轮随动件。当该凸轮随动件沿凸轮轮廓运动时，与之相军的连杆将该传送件与一个心轴联接起来，提高或降低该心轴相对轮毂的运动速度。
当某个心轴以与轮毂(即与传送件)相同的速度朝相反的方向运动是时，该心轴在极坐标系统中处于绝对停顿状态。这就是每一心轴设置为绕转台(立柱)轴线运动的结果。
因此，所提供的方法和装置，通过以一种方式放置与加工站啮合的工件来减少加工站不在工件上执行规定的功能的时间，可以极大地提高生产率。一些工件前进至下一加工站的同时另一些工件保持与不同加工站间的有效啮合。此外，由于心轴转台以基本不变的转速转动，系统的扭矩可以显著地减小。
通过下面结合附图对本发明详细的说明，本发明的优点和应用将会得到更清楚更完整的理解。
图1是本发明的转台的顶视图，表示与具有多个加工站的杯纸制造机有关的作业情况;
图2是部分拆开的心轴和支架组件的顶视图;
图3是心轴和支架组件的侧剖视图;
图4是具有图3所示的心轴的局部剖视图，表示出与联接在心轴、转台轮毂和凸轮上的连杆件之间的工作关系。
图5是沿图4中5-5线剖开的轮毂、凸轮和连接系统的水平剖视图;
图6是图5的水平剖视图，表示出各心轴的位置;以及图7是图4所示连接系统的分解图。
本发明一般地说是涉及加工机械时间控制的方法和装置，以提高生产率。在一个具体的最佳实施例中，涉及一种可转动的转台，它具有可转动地安装在其上的数个径向延伸心轴，各心轴作顺序定位以与靠近它们的轨迹布置的加工站有效联系。或者，从转台延伸出的各臂本身就包括加工站，而工件是绕转台圆周放置的。本发明预期的情况是，相互配合的元件可以间断性地进行例如机械的、热的、光的、声的或电的耦合。
本发明提出的特殊实施装置与纸杯生产机器有关，其中转台以固定角速度转动，而由各心轴携带的工件则以一种方式相对轮毂和各加工站经历了角加速、角减速、匀角速度和绝对停顿这样一些间断期间，这种方式极大地改善产量并同时减小了机器的疲劳。下述的说明是结合这个最佳实施例进行的，该专业的技术人员可以理解，该说明的意图仅在于举例。
现参看图1，总地以100表示的纸杯加工机最好包括一个心轴转台10，一个压边转台12，一个传送转台14，和一系列绕心轴转台10圆周或运动轨迹布置的加工站。心轴转台10适当地包括数个径向延伸的臂212，它们具有装在其上的适当形状(在这种情况下的杯形)的心轴16，并且是可转动地安装在中心轴或立柱上的，这可从图4清楚看出。每个心轴16构成一个座，工件例如纸杯，在其装配过程中安装在它上面。
杯子加工过程自杯底加工站18开始，杯底13在那里被放置在心轴16的朝外的平直部分上。然后心轴前进到杯底整形器站20，以弯曲圆形底的外周15，使之与侧壁的锥度相适应。接下去，带有已整形杯底的心轴前进到侧壁毛坯供给站23，纸侧壁21在那里被一对合拢翼22合拢在心轴16上。之后工件顺序带入一系列的加工站杯底加热站24，滚轮向内卷边站26以及滚花站28。工件然后在成品站32被卸下来，以备包装或在压边转台12进行后续处理。有关附属系统的更详细的讨论参见1984年12月25日发布的康若尔(Konzal)等人的美国专利第4490130号，其题目为“两片式纸杯合缝机”。
从下面更详细的讨论可以看出，心轴16在相邻的加工站间是以与普通转位系统根本不同的方式前进的。在普通转位系统中，整个转台都在“转位”，这样，刚性地固定在该转台上的所有心轴都同时从它们各自所处的加工站前进到下一个相邻的加工站。这个步进过程不断重复，这样转台每转360度每个心轴就与每个加工站相遇一次。如上面已讨论过的，转台和各心轴合在一起的总质量在各心轴一起转位到下一加工站的每一时刻都必须同时加速和减速。因此，在心轴前进过程中，所有加工站都在停工待料，也就是说，转位过程中没有任何一个加工站与工件相接合。
相反，本发明的转台系统采用了一种马步态原理，其中某个特定的心轴从一个加工站顺序前进到下一加工站基本上是与该转台的转动无关的。因此，采用这一原理的转台是程序控制的，即每一加工站与工件相互作用的相应周期是按照预定的时间量错开的。结果，加工站不与心轴有效联系的总时间可以减少。
参见图2，心轴16是刚性地固定在支架组件200上的，该支架组件有助于心轴16可转动地安装在转台10的中心立柱202上。支架组件200适当地由相应的上下支架204组成，这可由图4清楚看出。尽管也可采用单支架，但相应的多支架204却有助于在停顿时使心轴16稳定，提高心轴16与加工站相互作用的精度。支架轴承206允许支架组件200自由地绕立柱202转动。各自的支架紧固件208将上下支架204固定在轴承206上。臂212由立柱202径向朝外延伸，并用臂紧固210与心轴16固定在一起。紧固件208和210可以是例如螺丝、铆钉、螺栓、或用焊接。臂212上设置了一个枢轴孔352，用以安装一个枢轴350(图4上未示出，但从图2可以看出)。
一种替换的方案是，臂212可以和一种轨道(未示)有效联系，该轨道由一条或更多的轨道组成，形成绕立柱202的环形通道。每一心轴16可以安装在轨道上绕它滚动，就象道轨车在铁路轨道上滚动那样，以取代轴承206，这对专业人员来说是公知的。用这种方法，每一心轴可以可转动地安装在立柱202轴线周围，与采用的安装方法无关。
再参见图3，可以看出一件工件214，例如一件预先冲成的纸侧壁，已包裹在心轴16上。一个凸轮操纵的心轴柱塞组件216设置在心轴16和支架组件200中，以实现各种杯子成形作业，这已在美国专利第4490130号中充分描述(前面已讨论过)。从图3可清楚看出，双支架204结构有助于提高心轴在垂直平面内的稳定性;水平面内的稳定性下面再讨论。全方位的稳定性对通过加工站在工件214上进行的许多精密作业来说要求是非常严格的。
参见图4和图7，控制装置300按程序控制着心轴16绕立柱202的位置，以在机器运转期间提供精确的运动和定位。该实施例所示的控制装置300包括联动装置302和凸轮装置304。在本发明的最佳实施例中，凸轮装置304适当地由上凸轮轨道306和下凸轮轨道308组成，二者都形成在凸轮盘310内。凸轮盘310用螺栓、焊接或其它任何方便的紧固件刚性地固定在框架312上。替换的方案是，盘310可以与框架312成为一体，相应的凸轮轨道306和308成为单体的一部分。
轴套316用例如轴套紧固件318固定在立柱202上，该轴套紧固件可以是一组螺栓、一个焊接环或任何其它普通紧固件。替换的方案是，轴套316与立柱202可以是整体结构。轮毂314刚性地固定在轴套316上，或者与它形成整体，可以在固定框架312内随轴套316和立柱202转动。随着轮毂314转动，内枢轴安装在轮毂314内的联动装置302与凸轮装置304发生啮合，从而按照凸轮轨道306和308的形状决定心轴16的位置，这将在下面讨论。
联动装置302最好由一个第一连杆320，相应的第二连杆322和一个传动件324组成。相应的上下伸出部326设置在传动件324的顶部和底部，用以将传动件324可转动地安装在轮毂314上的枢轴孔328内。相应的传动件轴承330安装在框轴孔328内，以利传动件324在轮毂314内转动。相应的凸轮随动件332设置在相应的第二连杆322的末端，分别跟随凸轮轨道306和308运动。
随着轮毂314相对凸轮盘310转动，伸出体326划过绕立柱202和轮毂314的公共轴线的具有固定半径的圆弧。凸轮表面306和308相应的凸轮随动件332相互作用控制了传动输出臂334的位置。传动输出臂334又决定了第一连杆320的位置，该连杆适当地由一件轴件336和一个螺旋件338组成。螺旋件338用相应的螺旋件轴承340可转动安装在轴336上，并可转动地安装在心轴枢轴350上。因此心轴16绕立柱202的角运动是凸轮轨道306和308的机械程序的函数。这个“程序”输入相应的第二连杆322，传送给传动输出臂334，最终用以决定心轴16的位置。
仍参见图4，用相应的驱动轴承344安装在凸轮盘310或框架312中的驱动件342，将角运动传给轮毂314。安装在驱动件342上的驱动齿轮346与设置在轮毂314外圆上的轮毂齿轮348啮合。驱动件342与上文中关于驱动轴扭矩的讨论中提到过的主驱动轴有效联系(主驱动轴图上未示)。驱动件342、轮毂314和主驱动轴间的齿轮速比应该这样选取驱动轴每转“n”圈，转台绕转台轴线转一圈，其中“n””为与转台有关的心轴数。以这样的方法，每个心轴在驱动轴每转360°期间都与每个加工站分别发生了关系。
再参见图5和6，上述联动装置的水平视图表明，相应的随动件332与凸轮轨道306和308啮合情况。凸轮轨道306和308具有相同的轮廓形状，但按照正比于相应凸轮随动件332中心间的距离的预定相位差相互错开的。因此，这个实施例中相应的随动件332总是靠凸轮轨道306和308加载的。
对于每个联动装置302来说，由于传动件324是(可转动地)安装在轮毂314中的，立柱202的轴线和伸出体326的轴线间的距离，在装置不断的运转过程中最好是不变的。传动件324可绕伸出体326的轴线转动，以对随动件322和凸轮轨道306和308的相互作用作出响应，从而决定了传动输出臂334的位置。传动输出臂334使第一连杆轴336绕伸出体326的轴线划过固定半径的圆弧。可转动地联接在心轴枢轴350上的螺旋件338使心轴16绕立柱202的轴线转动。
在普通转位转台中，心轴是固定联接在转台轮毂上的，以使每个心轴绕转台中心轴线转动。转台每转一度，每个心轴也转一度。而按照本发明的最佳实施例的转台中，各心轴也是绕台转中心轴转动的，但却不是固定联接其上的;更确切地说，轮毂314的转动通过与每个心轴有关的控制装置300对每个心轴16施加了影响。转台的转动是按照凸轮306和308而被偏置的，所产生的受到控制的运动又传给每一心轴。
例如，在本发明的最佳实施例中，凸轮306和308是这样设定程序的每个心轴的转动是相对转台的转动交替超前和滞后的。当转台顺时针转动时，每个伸出体326绕立柱202轴线以与转台相同的转速和方向转动。当凸轮306和308与第二连杆322相互作用使传动件324反时针转动时，相应的心轴绕转台轴线的运动相对转台是超前的(被加速)。凸轮的坡度决定了加速的速率。类似地当传动件324绕伸出体326的轴线顺时针转动时，心轴的前进相对转台转动是滞后的(被减速)。减速的速率也是凸轮坡度的函数。当凸轮306和308是这样设定程序的，传给心轴16的减速度使它绕转台轴线以与转台顺时针转动相同的角速度作反时针圆周运动时，心轴16相对空间某固定点处于绝对停状态。
在最佳实施例中，立柱202、轴套316和轮毂314一起以恒定角度速转动。另一方面，如果希望转台以可变的角速度转动，凸轮306和308就可按照可变的速度输入设定程序，以按照要求超前或滞后心轴的运动。在给出已阐明的上述原理的基础上，设计适当的凸轮轮廓形状以达到所要求的程序就是有关专业领域熟知的事了;而且，在这些相同原理的指引下，那些熟练的专业人员还可发现可用非机械装置(例如电子装置)去履行这一功能。
在另一个规换实施例中，可用单凸轮去取代图4和7中所示的上/下结构。在那种情况下，采用了双面凸轮轨道，随动件和每一轨道侧面之间的间隙达到最小。在另一个替换实施例中，采用了单面凸轮轨道，随动件用例如刚性弹簧向凸轮轨道加载。在又一种变换方案中，每个心轴都有一个固定其上的随动件。数个凸轮可转动地安装在轮廓或框架上，使每个随动件随着转台的转动顺序与各凸轮相互作用。当某个随动件终止与一个凸轮的啮合时，它又开始与相邻的凸轮发生啮合。各凸轮决定了随动件的位置，随动又决定了该心轴的位置。在上述各替换实施例中，随动件的间隙值和弹簧的刚度应加以选择以确保有关心轴的末端在停顿期间在水平面内具有足够的稳定性，以适应与加工站间的精确相互作用。
将这种马步态原理应用于转台利于工件顺序步进到沿轨道布置的各加工站，以在心轴处于绝对停顿的间断期间与各加工站发生啮合。这些心轴只占转台系统总体质量的相对小的部分，该心轴在绝对停顿期间之间是单独地被加速和减速的。转台的主要质量部分，即立柱、轴套、轮毂和联动装置，是以基本不变的角速度转动的，同时框架和凸轮盘保持静止。因此，由于必须加速的质量减少，总的系统扭矩显著地减小了。结果，驱动轴速度可以显著提高，而不增加上面讨论过的轴的扭曲或谐波振动。
消除了转台质量作为驱动轴扭矩的源以后，必需研究驱动轴转速的第二限制因素工艺设计。也就是说，在不考虑驱动轴可以增加到何种程度而不产生扭矩的问题的情况下，研究限制工作循环速度的某些实际条件。
工艺设计的极限条件就是在最大驱动轴速度时，在一件工件进行最耗时的工序所要求的时间。例如，侧壁合拢和底终加工站特别要求比杯子制造的其他加工站更多的时间。为此目的，例如约要求0.12秒工作时间的合拢站就是工艺设计的极限条件。
不管采用单转台还是多转台机器，最后的加工站一般都是成品站，在那里把工件从转台上卸下来。由于所有加工站典型地都是受到驱动轴控制并与驱动轴同步的，每一加工站在360度周期中作业的，也就是说在主驱动轴每转360度期间每一加工站在一个心轴上进行一道完整的工序。这样，驱动轴每转一圈，就生产出一只杯子，即从杯生产机器上卸下一件工件(杯)。但如下面将要解释的，尽管每一加工站是在360度周期中作业的，但每一加工站工序不需要瞬时一致的。也就是说，尽管驱动轴每转一圈每一加工站就作业一次，但不同的加工站可以在驱动轴不同的角度位置开始作业的。任何情况下单位时间内提高杯产量的最终任务都要求增加受到每一心轴必须啮合最耗时(例如合拢)加工站的时间所限制的驱动轴速度。
如上述结合附图4所讨论过的，主驱动轴(未示出)与驱动件342和驱动齿轮346共同工作，将角运动传给轮毂314和转台立柱202。结果，驱动轴每转“n”个360度，心轴转台10就绕其纵轴线转一整圈，其中“n”为绕转台分布的心轴数。因此，断定杯生产周期的是主驱动轴而不是转台转过的360度。
该360度杯生产周期可以分成两部分1)将工件从一个加工站运送到下一加工站所需的以度表示的“时间”;2)工件停留在每一加工站的“时间”。这两部分分别称为生产周期的“转位”部分和“停顿”部分。
例如，在普通转位转台中，需要用160度驱动轴转动度数将心轴从一加工站转位到下一站，剩下的200度驱动轴转动度数留给该心轴与加工站啮合(停顿)。随着驱动轴速度的提高，留给停顿的那部分驱动轴转动度数必须增加，以保持相同停顿时间。必须维持0.12秒的最少停顿时间。因此加快转速就要增加360度周期中分配给停顿的那部分时间。
换一句话说，是用提高停顿与转位时间的比值的办法来提高生产率，例如，当360度周期由250度停顿与110度转位两部分组成时，生产率就比上例中的高。但是，如果在110度驱动轴转动度数这样小的集中时间区间内既要对所有心轴转位又要同时将所有加工站定位在预定停顿的位置，会产生不能接受的高驱动轴速度时的高系统负荷。为缓解负荷问题，心轴及加工站的转位必须分散在整个周期内。
前面讨论过的凸轮/联动机构则允许对各心轴单独定位。此外，尽管每一加工站作业是在360度主驱动轴周期内进行的，但各加工站的周期并不重合。通过错开各加工站作业周期和每一次使之比所有心轴少许超前的办法，由快速转位产生的负荷可以有效地分散在每一周期中，从而减小了尖峰负荷。
考虑例如一种本发明的具有相同数的心轴和相应的加工站的转台。一旦第一加工站结束与第一心轴啮合，该心轴迅速向第二加工站前进。当第一心轴接近第二加工站时，第二加工站终止与第二心轴的啮合，第一心轴取代第二心轴在第二加工站的位置。第二心轴向第三加工站前进以取代第三心轴，工艺过程不断继续。通过适当错开加工站周期和心轴超前，如上所述，如果某个加工站终止一个离去的心轴啮合(停顿)时，立即就使来到的心轴接近该加工站，则加工站停顿时间可以增加到最大限度，而转位时间则可减少到最小限度。此外，由于选定的各心轴是单独加速的，最好每一次只有一个心轴被加速，以有利减小瞬时作用的扭矩，从而减小了系统负荷。
至此，本发明的另一个优点也就清楚了。在上例中，在每一心轴顺序向相邻的加工站前进时，直到最后的心轴离开最后加工站并与第一加工站相啮合之前，第一加工站是处于未被占据的状态。这就可能在转台上设置比有关加工站数更多的心轴，可以多出例如一个或二个，或者更多。这样，在一个加工站结束与离去的心轴的啮合时，总有一个到来的心轴靠近该加工站，以使每一加工站转位的时间可以减至最小。附加心轴带来的另一优点是，加工站的利用率得到了极大的提高，也就是说除到来的心轴置换离去的心轴期间以外，每一加工站在所有时间都在加工工件。
以4个加工站5个心轴转台为例。每一加工站在360度驱动轴周期内工作，这样在连续作业期间，驱动轴每转5圈，就可生产5只杯子。随着机器作业5个循环，驱动轴转动1800度，在此期间内每一加工站处理5个心轴。因此每一加工站与每一心轴在1800/5＝360度时间内发生“关系”(分度加瞬时静止)。但每一心轴与每一加工站在1800/4＝450度时间内发生关系，在每一加工站有250度的停顿时间，这样，每一心轴就有200度(即450减250)驱动轴转动角度可用于转位。这样，通过对控制装置适当的程序设计，各心轴就从360度驱动轴周期中脱离出来，从而避免了每一加工站转位和停顿间的交换。360度加工站周期可归属停顿部分最大限度地得到提高，而且由于附加心轴的存在，每一心轴必须转位所需的度数还不会减小，甚至可以增加。
所增加的分配给每一心轴的转位时间是心轴数与加工站数之比的函数。例如，七心轴六加工站转台可为每一心轴提供420度(7/6乘360)总的转位和停顿时间。在驱动轴速度要求250度停顿以满足一个0.12秒的工艺设计极限时，该转台可向每个心轴提供170度(420减250)转位时间。
作为另一个例子的十心轴八加工站转台，可为每一心轴提供450度(10/8乘360)转位加停顿时间。同样，250度用于停顿，每一心轴就有200度驱动轴转动角度可用于转位。
选定心轴的单独超前的方式可以有利地在许多场合中得到采用，其中工件是顺序定位在若干中间作用段上的;例如，在采用数摈的制造和加工作业中，特别是某些作业要求比其它作业较多时间的场合。又如通过独立地使物品通过每一加工站，可以使包装作业，更加有效地进行。作为另一实例的半导体器件的制造中，通过上述技术，其效率和产量可以极大地提高。
此外，控制装置使各心轴定位的“程序”无须限于凸轮轨道，可以采用芯片，磁盘或微计算机，并可用本专业的普通技术人员公知的技术进行修改和使用。这样可以通过键盘输入等办法提供新程序，而不用更换凸轮。
另外，上述联动装置担负的功能，还可例如用气动或液动伺服机构，或电子，或磁动动器担负。
尽管本发明是结合一些最佳实施例说明的，但本专业的普通技术人员很清楚，这些实施例可进行改进、变更或删减，而不脱离本发明的精神。例如，尽管所述的驱动轴是一个旋转轴，但它可由任何其它适当的装置控制循环过程是同步，例如一种电子控制器等。因此，本发明的范围应当只受所请求的权利要求的限制。
权利要求
1.一程序可有机械控制的转台装置，其特征在于该装置具有一个框架；一个可转动地安装在所述框架内的立柱，该立柱有一个刚性地固定其上的轮毂；驱动装置用以以基本恒定的角速度驱动所述立柱转动；安装装置用以在所述立柱的转动轴线周围可转动地安装至少一个心轴；以及控制装置，与所述驱动装置有效联系，以在所述心轴上施加受控的角速度。
2.如权利要求1所述的转台装置，其特征在于其中所述的控制装置有联动装置，用以控制所述心轴的所述角度速度，以实现加速度、减速度和停顿的间断期间。
3.如权利要求2所述的转台装置，其特征在于其中所述的控制装置包括凸轮装置，刚性地固定在所述框架上，所述的联动装置具有传动件，可转动地设置在所述轮毂上，以在所述转动轴线和所述传动件轴线之间建立固定的距离。
4.如权利要求3所述的转台装置，其特征在于其中所述的联动装置还具有一个第一连杆，其一近侧端刚性地固定在该传动件上，其远侧端可转动地固定在所述第一心轴上;以及一个第二连杆，其一近侧端固定在该传动件上，其远侧端与所述凸轮装置有效联系。
5.如权利要求4所述的转台装置，其特征在于其中所述第一连杆的所述远侧端是可滑动地固定在所述第一心轴上的。
6.如权利要求4所述的转台装置，其特征在于其中所述的凸轮装置包括一个基本上是平的盘，它具有一个装在其上的凸轮轨道，所述第二连杆的远侧端包括一个随动件以有助于所述凸轮轨道和所述第二连杆之间有效联系。
7.如权利要求1所述的转台装置，其特征在于还包括数个可转动地安装在所述转动轴线周围的数个心轴，其中所述的控制装置控制着所述这些心轴彼止间和相对所述转动轴线的角度位置和角速度。
8.如权利要求7所述的转台装置，其特征在于其中每一所述心轴响应所述联动装置而经历预定的角加速度、角减速度和绝对停顿这样的间断期间。
9.如权利要求7所述的转台装置，其特征在于其中选定的心轴的角度速和角位置对任何其它心轴的角速度和角位置是独立的。
10.如权利要求1所述的转台装置，其中所述立柱包括一个具有垂直转动轴线的基本上为圆筒形的轴。
全文摘要
一种程序可用机械控制的转位转台装置，它所具有的形状使绕该转台中心轴线的数个心轴中的每一个具有独立的位置，以周期性地与数个加工站相作用。中心立柱以基本固定的角速度转动。每一心轴安装在该立柱轴线周围，用以绕公共轴线转动。控制装置与该立柱共同工作，以有选择地将扭矩转给与凸轮装置和联动装置相连的各心轴。相应心轴的相应角加速度、角减速度和绝对停顿期间按一个与相应凸轮轨道有关的预定凸轮形状进行控制。
文档编号B65G29/00GK1041901SQ8910836
公开日1990年5月9日 申请日期1989年10月10日 优先权日1988年10月11日
发明者达里尔·R·康扎尔 申请人:制纸机械公司