專利名稱：多心軸程序可控轉(zhuǎn)臺(tái)裝置及實(shí)現(xiàn)其時(shí)間調(diào)制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地說是涉及加工機(jī)械的時(shí)間控制的方法和裝置，以提高生產(chǎn)率。具體地說是涉及一種多心軸程序可控轉(zhuǎn)臺(tái)裝置的時(shí)間調(diào)制的方法和裝置，以將心軸順序定位成與布置在繞心軸運(yùn)行軌道的各個(gè)加工站有效聯(lián)系。本發(fā)明特別是提供了一種杯子加工機(jī)械的時(shí)間調(diào)制方法和裝置，其中轉(zhuǎn)臺(tái)以恒定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，而與各心軸發(fā)生嚙合的工件則以可控制的方式相對(duì)于各加工站經(jīng)歷加速、減速和絕對(duì)停頓各間斷期間，極大地改善產(chǎn)量并減小機(jī)器的疲勞。
具有可間斷轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)，以將工件送至各加工站進(jìn)行加工的機(jī)械是眾所周知的。這可參見例如發(fā)布于1950年6月27日的狄爾斯耐(Dearsley)的美國(guó)專利第2512922號(hào)，與本發(fā)明的最佳實(shí)施方式特別相關(guān)之處在于在紙杯生產(chǎn)機(jī)器中采用了轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)，它已在例如威斯康星州邁爾沃基(Milwaukee)紙品機(jī)器公司制造的PMC-1000型高速自動(dòng)紙杯和紙板盒機(jī)上得到采用。
該P(yáng)MC-1000機(jī)具有一個(gè)傳送轉(zhuǎn)臺(tái)，一個(gè)心軸轉(zhuǎn)臺(tái)和一個(gè)制邊轉(zhuǎn)臺(tái)，它們都由一個(gè)單獨(dú)的以恒定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)的主驅(qū)動(dòng)軸以步進(jìn)(“轉(zhuǎn)位”)方式被同步驅(qū)動(dòng)。每個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)有若干個(gè)沿軌道運(yùn)行的構(gòu)件，例如從直立的可轉(zhuǎn)動(dòng)支架徑向向外伸出的心軸等。通過這種步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，該心軸轉(zhuǎn)臺(tái)將每個(gè)心轉(zhuǎn)順序送至繞心軸軌道布置的若干加工站中的每個(gè)加工站，以在被心軸承載的工件上進(jìn)行一系列的預(yù)定的加工工序。
每一加工站都與主驅(qū)動(dòng)軸有效聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)心軸和加工站間的同步相互作用。典型的是驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)一周構(gòu)成一個(gè)機(jī)器工作循環(huán)，在該工作循環(huán)中每一加工站在工件上進(jìn)行一道與給定的心軸有關(guān)的加工工序。在紙杯加工機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)期間每個(gè)紙杯必須接合每一加工站一次，在一個(gè)特定的加工機(jī)上加工站的數(shù)量是紙杯最終形狀的復(fù)雜程度的函數(shù)。因此，一個(gè)機(jī)器工作循環(huán)即可生產(chǎn)一個(gè)紙杯。普通多轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)每分鐘可生產(chǎn)60至200只紙杯(CPM)。
該P(yáng)MC-1000機(jī)的心軸轉(zhuǎn)臺(tái)有8個(gè)心軸，繞垂直立柱等距離隔開。設(shè)置在各心軸公共軌道周圍的是6至8個(gè)對(duì)被心軸承載的工作(如紙)進(jìn)行獨(dú)立的加工工序的加工站。
在第一個(gè)加工站上，杯的底部被旋轉(zhuǎn)在向外面對(duì)心軸的平端頭上，并用例如與心軸遠(yuǎn)側(cè)端相通的真空管線保持在那里。與驅(qū)動(dòng)軸的下一步轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)，整個(gè)心軸轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過45度(360度除以8個(gè)心軸數(shù))，這樣每一心軸都同時(shí)與下一加工站相接合。
一個(gè)稱之為整形器的裝置與在第二加工站圓形紙底接觸，并將其周邊向背離尚未組裝的杯子飲用表面方向略微彎曲。然后整形杯底送至第三加工站，在那里一個(gè)預(yù)熱過的紙側(cè)壁被合攏并夾緊在心軸和紙杯底外面。杯底在第四加工站上被加熱。
在第五加工站上進(jìn)行向內(nèi)卷邊，其中包括對(duì)整個(gè)杯底半成品的預(yù)合攏部分的側(cè)壁進(jìn)行卷邊。在第六加工站上，在所參照的機(jī)器中是一個(gè)滾花工位，側(cè)壁和底部封在一起，并作修正處理。在第七加工站上，工件從心軸轉(zhuǎn)臺(tái)送至壓邊轉(zhuǎn)臺(tái)，進(jìn)行進(jìn)一步處理，工件送到第七加工站的壓邊轉(zhuǎn)臺(tái)后，心軸前進(jìn)到第一心軸轉(zhuǎn)臺(tái)加工站，以接受另一個(gè)杯底件。在壓邊轉(zhuǎn)臺(tái)的所有工序已完成，成品杯從機(jī)器上卸下，起來以備包裝。
上述工藝過程的許多變換被例行地采用以滿足不同杯子結(jié)構(gòu)的獨(dú)特要求例如在每個(gè)杯子的邊緣上放上一個(gè)塑料圈。由于空間和其它機(jī)械上的限制，每一轉(zhuǎn)臺(tái)或許最多只能配置10個(gè)心軸或加工站。不然，這些加工站會(huì)太擁擠，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)件之間的互相干擾。類似的局限性還會(huì)對(duì)適應(yīng)現(xiàn)行轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的能力產(chǎn)生影響，無論進(jìn)行的加工過程或加工出的產(chǎn)品如何。這些限制并非只與杯子生產(chǎn)有關(guān)。
為保證每一加工站在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候接合每個(gè)工件并在每個(gè)工件上執(zhí)行其規(guī)定的任務(wù)，無數(shù)機(jī)械裝置和與之共同工作的轉(zhuǎn)臺(tái)典型地是用一個(gè)公共主驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)的。這種配置導(dǎo)致迄今在某些機(jī)器設(shè)計(jì)中不受欣賞的實(shí)質(zhì)。
動(dòng)力從該驅(qū)動(dòng)軸傳出，在各加工點(diǎn)沿其長(zhǎng)度通過皮帶、皮帶輪、鏈條或齒輪傳送動(dòng)力，尤其傳送到心軸轉(zhuǎn)臺(tái)、壓邊轉(zhuǎn)臺(tái)、半成品(側(cè)壁)送料器、側(cè)壁夾持器、側(cè)壁合攏翼、紙夾持器、接縫夾持器、制杯底器、杯底整形器、杯底加熱槍、杯底向內(nèi)卷邊、杯底精整、壓實(shí)器和壓邊器。這些機(jī)械在轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)位、伸出和縮回過程中，在每一機(jī)器的工作循環(huán)的某些期間，它們要從驅(qū)動(dòng)軸吸收動(dòng)力。而由于機(jī)械慣性的作用，這些同一構(gòu)件在其每一工作循環(huán)的另外周期，又常常向驅(qū)動(dòng)軸供給動(dòng)力。由于驅(qū)動(dòng)軸受到以恒定角速度(1～4轉(zhuǎn)/分)旋轉(zhuǎn)及沿其長(zhǎng)度不同點(diǎn)上經(jīng)受著加載和卸載的作用兩方面的制約，由驅(qū)動(dòng)軸供給的和傳給驅(qū)動(dòng)軸的循環(huán)扭矩顯得很重要。例如心軸傳送器和壓邊轉(zhuǎn)臺(tái)所要求的合成尖峰扭矩約為950磅力英尺，才能從一個(gè)加工站到達(dá)下一個(gè)加工站。而僅由驅(qū)動(dòng)軸提供和由心軸轉(zhuǎn)臺(tái)本身傳給驅(qū)動(dòng)軸的(尖峰)扭矩就約為400磅力英尺。
不同構(gòu)件與驅(qū)動(dòng)軸沿其長(zhǎng)度在不同點(diǎn)上發(fā)生的相互作用這一事實(shí)產(chǎn)生了兩個(gè)彼此相關(guān)的現(xiàn)象。
首先，某些裝置在每一工作循環(huán)的某一時(shí)刻從驅(qū)動(dòng)軸吸取動(dòng)力的同時(shí)，其它構(gòu)件在同一時(shí)刻卻向該驅(qū)動(dòng)軸供給動(dòng)力，導(dǎo)致作用在驅(qū)動(dòng)軸上的扭矩一定程度的抵銷;最后的凈作用是由驅(qū)動(dòng)軸供給或吸收的瞬時(shí)扭矩小于各扭矩吸收和扭矩供給件的絕對(duì)值之和。對(duì)于一臺(tái)典型的生產(chǎn)率為200CPM(以每分鐘生產(chǎn)200只杯子即每秒生產(chǎn)三又三分之一只杯的1∶1的機(jī)器作為上述情況的示范)的機(jī)器，其驅(qū)動(dòng)軸供給的尖峰扭矩值范圍為775～800磅力英尺，而每轉(zhuǎn)所吸收的尖峰扭矩值范圍為700～725磅力英尺。
第二個(gè)現(xiàn)象是，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸同時(shí)向沿其長(zhǎng)度不同點(diǎn)上聯(lián)接其上的若干構(gòu)件供給不同數(shù)值的扭矩時(shí)，施加在驅(qū)動(dòng)軸不均勻橫截面之元件上的不同大小的各扭矩將引起驅(qū)動(dòng)軸的“扭轉(zhuǎn)”，扭轉(zhuǎn)將在驅(qū)動(dòng)軸內(nèi)引起大的循環(huán)扭曲應(yīng)力和振動(dòng)。
這種大的不均勻扭矩和負(fù)荷的循環(huán)性質(zhì)的共同作用，可能在驅(qū)動(dòng)軸內(nèi)產(chǎn)生巨大的循環(huán)應(yīng)力。為了防止材料破壞，驅(qū)動(dòng)軸必須具有足夠的強(qiáng)度和截面積以分配內(nèi)部載荷，而且為避免出現(xiàn)不希望的過大的扭矩，驅(qū)動(dòng)軸的速度應(yīng)不超過設(shè)計(jì)最大值。
另一方面，由于上述杯成形作業(yè)是與驅(qū)動(dòng)軸同步的，杯子的生產(chǎn)率是驅(qū)動(dòng)軸速度的函數(shù)。受商業(yè)實(shí)用性制約和對(duì)這種機(jī)器的顯著投資所關(guān)注的設(shè)計(jì)目的在于最大限度地增加單位時(shí)間內(nèi)杯子的產(chǎn)量。由于驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)一圈才能生產(chǎn)一只杯，所以設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于最大限度地提高驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速。但所遇到的困難是，扭矩是軸轉(zhuǎn)速平方的函數(shù)這一事實(shí)。因此，對(duì)282CPM機(jī)來說，不得不供給如200CPM機(jī)所需的雙倍的扭矩。
為提高生產(chǎn)率需要分析驅(qū)動(dòng)軸扭矩。從第一項(xiàng)原理可知，扭矩等于力乘力臂的矢量積。力臂是驅(qū)動(dòng)軸心至施力或吸力構(gòu)件對(duì)驅(qū)動(dòng)軸著力點(diǎn)的距離。從這個(gè)分析看來，轉(zhuǎn)臺(tái)(心軸、壓邊和傳送器，在它們可適用的場(chǎng)合)，由于它們的質(zhì)量不可避免地很大，對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)的沖擊是很明顯的。因此驅(qū)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)臺(tái)的相互作用的著力點(diǎn)是至關(guān)重要的。
如前面已討論過的，普通的轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)是以很大的力與驅(qū)動(dòng)軸共同工作的。為保持機(jī)械精度，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)齒輪(“盤”)具有相當(dāng)大的質(zhì)量。結(jié)果，距離“r”(從驅(qū)動(dòng)軸心至盤與轉(zhuǎn)臺(tái)相互作用的著力點(diǎn))對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)盤來說對(duì)給定的轉(zhuǎn)臺(tái)力和驅(qū)動(dòng)材料性質(zhì)受到設(shè)計(jì)上的約束條件的極大限制。因此，驅(qū)動(dòng)軸/轉(zhuǎn)臺(tái)扭矩的作用力分量成為問題的焦點(diǎn)。
力等于質(zhì)量乘加速度。實(shí)際上，作用在驅(qū)動(dòng)軸上轉(zhuǎn)臺(tái)力是轉(zhuǎn)臺(tái)的質(zhì)量分布和使它產(chǎn)生的角速度的函數(shù)。機(jī)械上的考慮，尤其是強(qiáng)度和振動(dòng)性質(zhì)對(duì)給定的轉(zhuǎn)臺(tái)質(zhì)量來說起到支配的作用或有顯著影響的因素。因此驅(qū)動(dòng)軸扭矩可以減小的程度取決于轉(zhuǎn)臺(tái)加速度可以減小的程度。
加速度是速度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，或轉(zhuǎn)臺(tái)速度(這時(shí)是角速度)增加或減小的變化率。在普通轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)中，心軸彼此間以及心軸與轉(zhuǎn)臺(tái)間保持固定的位置。這樣，在心軸每一次前進(jìn)到下一加工站，整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)都必須加速和減速。這是對(duì)工件和加工站之間精度相互作用經(jīng)常要求彼此間絕對(duì)對(duì)齊即絕對(duì)心軸停頓的事實(shí)的一個(gè)結(jié)果，否則產(chǎn)品質(zhì)量就受損。隨著驅(qū)動(dòng)軸速度的提高，要求加速或減速轉(zhuǎn)臺(tái)質(zhì)量所要求的扭矩也加大。
聯(lián)邦德國(guó)機(jī)器制造商霍爾沃夫(Hoerauf)建議，如果不要求驅(qū)動(dòng)軸加速和減速轉(zhuǎn)臺(tái)，則可獲得較高的驅(qū)動(dòng)軸速度和較高的轉(zhuǎn)臺(tái)速度。因?yàn)榧铀俣仁撬俣鹊淖兓剩院愣ㄋ俣绒D(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)，無論其速度大小如何，(除要求克服摩擦力的轉(zhuǎn)矩外)是不要求任何轉(zhuǎn)矩的。至此，通過這樣的探討，難以處理的問題就只涉及如何保持心軸(由恒定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)攜帶)和加工站間的絕對(duì)對(duì)齊。
霍爾沃夫還建議，用恒定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)臺(tái)將工件從一臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)送至另一轉(zhuǎn)臺(tái)。但是，這既要求兼顧心軸和加工站間的絕對(duì)停頓，或要求加工站在接近過程中跟蹤一段繞心軸轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的具有固定半徑的圓弧。前者對(duì)許多精加工作業(yè)來說是不能接受的;后者包括極大地增加機(jī)械的復(fù)雜程度，并明顯增加對(duì)空間的要求。因此，兩者既不是滿意地解決基本問題的途徑，也不反映對(duì)下述問題或其產(chǎn)生的原因的理解或賞識(shí)。
其他人雖然從根本不同的角度曾建議沿轉(zhuǎn)輪外圓布置一系列工件，布置在工件運(yùn)動(dòng)軌跡附近的加工站也還是隨輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)與工件相互作用的。
1984年4月18日公布的題目為“包裹糖果的裝置”的英國(guó)2127766號(hào)專利，公開了一種安裝在中心驅(qū)動(dòng)軸上的傳送輪，它具有徑向伸出的帶夾持爪的臂，用以接受工件。夾持爪在加工站接受一個(gè)工件，并帶著它移動(dòng)90度，送到第二加工站，傳送給垂直布置的一對(duì)夾持爪。傳送輪的作用在于，在從第一加工站接受工件，以及將它送至第二加工站期間，所述的夾持爪相對(duì)于運(yùn)動(dòng)的傳送輪看上去是“靜止”的。夾持爪的明顯的停頓是通過滾子杠桿的作用實(shí)現(xiàn)的，滾子杠桿在繞傳送輪中心線布置的凸輪軌道內(nèi)滾動(dòng)，而傳送輪本身又從相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)調(diào)整軸，從而產(chǎn)生所謂的“逆向同軸擺脫夾持爪”運(yùn)動(dòng)。盡管這些爪暫時(shí)被偏移以使它們不繞傳送輪軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，卻達(dá)了必要的結(jié)果在角度運(yùn)動(dòng)停頓期間，工件是徑向向外運(yùn)動(dòng)的。
1949年4月26日發(fā)布的題目為“供料裝置”是達(dá)恩(Dunn)的美國(guó)專利第2468225號(hào)公開了一種向主轉(zhuǎn)臺(tái)供送工件的供料轉(zhuǎn)臺(tái)。該供料轉(zhuǎn)臺(tái)具有6套或更多的杠桿機(jī)構(gòu)，它們是用鉸鏈聯(lián)接在供料轉(zhuǎn)臺(tái)的主軸心線上的，并且是繞該軸心線對(duì)稱布置的。每個(gè)杠桿系統(tǒng)的遠(yuǎn)側(cè)端具有一個(gè)物體攜帶裝置。主轉(zhuǎn)臺(tái)也包括若干物體攜帶裝置，它們是可在主轉(zhuǎn)臺(tái)中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，并且繞主轉(zhuǎn)臺(tái)中心軸線對(duì)稱布置的。當(dāng)兩個(gè)互相配合的轉(zhuǎn)臺(tái)裝置彼此通過或歷經(jīng)“運(yùn)送配準(zhǔn)”時(shí)，供料轉(zhuǎn)臺(tái)的主轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)送一個(gè)物體，這個(gè)過程需要移過大約25度。此外，在操作者將工件裝在供料轉(zhuǎn)臺(tái)上的期間，還設(shè)置有一個(gè)停頓區(qū)間。通過兩個(gè)靜止凸輪和一系列杠桿及隨動(dòng)件的相互作用，可以達(dá)到“運(yùn)送配準(zhǔn)”和停頓，而又不干擾轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。但是，由于杠桿機(jī)構(gòu)沒有繞轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，在停頓期間每個(gè)物體攜帶裝置是繞自身的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的。因此，許多精密的作業(yè)所要求的絕對(duì)的停頓的條件，按照該美國(guó)專利2468255的教導(dǎo)，是不可能獲得的。
1981年8月26日公布的題目為“包裝機(jī)械的改進(jìn)”英國(guó)專利第2069440號(hào)，公開了一種傳送輪，它繞框架中的一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。凸輪軌道剛性地固定在框架上。若干條臂用樞軸安裝在固定于傳送輪上的一個(gè)主軸上。隨著輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)，被凸輪軌道偏移的臂可以根據(jù)需要相對(duì)傳送輪加速或減速，或者彼此聚集一起或分開。但是這些臂加速或減速時(shí)，它們距傳送輪軸線的距離必須增加或減小。
1985年4月16日公布的題目為“在連續(xù)運(yùn)動(dòng)的操作裝置中進(jìn)行的產(chǎn)品的加工方法和裝置”的讓巴麥(Zambomi)的美國(guó)專利第4511027號(hào)，公開了一對(duì)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的輻條式輪子，其上有可滑動(dòng)地裝在輻條上的滑塊。這對(duì)輪子是對(duì)正的，這樣由一個(gè)輪子上的滑塊運(yùn)來的工件可以在滑塊間進(jìn)行運(yùn)送配準(zhǔn)時(shí)傳給配對(duì)輪子上相應(yīng)的滑塊。盡管滑塊間經(jīng)歷了相對(duì)停頓，但它們不能相對(duì)自身的輪轂或空間的某個(gè)固定點(diǎn)保持停頓。
所有這些裝置都有某些共同的特點(diǎn)。例如轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子的布置能與一二個(gè)加工站相互作用。因?yàn)橐粋€(gè)工作必須與至少六至八個(gè)加工站相互作用，這就要求多個(gè)心軸轉(zhuǎn)臺(tái)。此外，相對(duì)工作經(jīng)歷與加工站進(jìn)行嚙合的時(shí)間期間來說，將工件運(yùn)往加工站使其與加工站嚙合所需的時(shí)間相對(duì)是長(zhǎng)多了。
達(dá)到提高杯子生產(chǎn)率的目標(biāo)取決于軸轉(zhuǎn)速的增加，但與此相關(guān)的如何減小或抵銷扭矩的增大一直使工業(yè)界感到困惑。了解早先未曾評(píng)估的因增加扭矩而產(chǎn)生的錯(cuò)綜復(fù)雜的作用和理解由心軸絕對(duì)停頓所帶來的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于實(shí)施提高低成本生產(chǎn)技術(shù)是十分關(guān)鍵的。
普通杯子制造機(jī)器的驅(qū)動(dòng)速度主要受到驅(qū)動(dòng)軸承受轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)位時(shí)產(chǎn)生的大扭曲載荷的能力的限制。人們已經(jīng)研究過那些更錯(cuò)復(fù)雜的影響機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的次要因素由于轉(zhuǎn)位載荷的循環(huán)特性引起的諧波強(qiáng)迫振動(dòng)。如上面已討論過的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面已確定，多個(gè)具盤體的相互循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，可以隨著驅(qū)動(dòng)速度的提高產(chǎn)生迄今尚未曾檢測(cè)過的加速度在驅(qū)動(dòng)軸上的反轉(zhuǎn)。提高驅(qū)動(dòng)軸承受扭曲應(yīng)力的能力，從而有助于提高驅(qū)動(dòng)軸速度，或許只加重諧波強(qiáng)迫振動(dòng)現(xiàn)象。估計(jì)系統(tǒng)受這種振動(dòng)的影響是困難的，與補(bǔ)償相反，已進(jìn)一步確定，驅(qū)動(dòng)軸扭矩的減少才是正確的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
據(jù)說，由于任何具體的參數(shù)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)軸扭矩所起作用的減小是唯一未解決的問題。減小總驅(qū)動(dòng)軸扭矩的最好途徑是由多個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)減小扭矩。簡(jiǎn)要地說，問題就歸結(jié)于設(shè)計(jì)一種機(jī)械系統(tǒng)，它可同時(shí)滿足下列背道而馳的目的1)減小驅(qū)動(dòng)軸扭矩(這對(duì)難以捉摸的諧波振動(dòng)性質(zhì)是特別重要的);2)提高軸的轉(zhuǎn)速;3)保持多個(gè)加工站轉(zhuǎn)臺(tái)的排列形式;4)保持心軸的絕對(duì)停頓。
問題已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了，但解決的辦法卻不是顯而易見的。
本發(fā)明在另一方面已經(jīng)獲得顯著的效益，它來源于發(fā)屬一種用機(jī)械的方法控制程序心軸(或多個(gè)心軸)，以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的停頓，即相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)相對(duì)停頓，而相對(duì)于空間某個(gè)固定點(diǎn)絕對(duì)瞬時(shí)靜止。這個(gè)方面可按照本發(fā)明提供的最佳實(shí)施裝置通過繞有關(guān)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線布置數(shù)個(gè)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)作出響應(yīng)的作圓周運(yùn)動(dòng)的心軸并設(shè)置控制裝置以提高或降低這些心軸相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度速加以實(shí)現(xiàn)。更具體地說，提供的最佳實(shí)施例包括一個(gè)圓柱，或立柱，它可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在靜止框架內(nèi);一個(gè)基本上是平的環(huán)形輪轂，它剛性地固定在該立柱上;數(shù)個(gè)傳送件可繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在該輪轂內(nèi)，并沿圓周布置;一個(gè)平板，或凸輪盤，剛性地固定在該框架上，當(dāng)立柱、輪轂和各傳送件以固定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該凸輪盤可以保持不動(dòng);以及一個(gè)具有預(yù)輪廓形狀的凸輪軌道，設(shè)置在該凸輪盤表面上。安裝了數(shù)個(gè)可繞中心立柱軸心線轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸。一系列機(jī)械連桿將該傳送件聯(lián)接在該心軸和該凸輪軌道上。當(dāng)該轉(zhuǎn)臺(tái)(立柱和輪轂)繞該中心立柱的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每一傳送件拉一繞凸輪軌道的連桿，連桿一端具有一個(gè)凸輪隨動(dòng)件。當(dāng)該凸輪隨動(dòng)件沿凸輪輪廓運(yùn)動(dòng)時(shí)，與之相軍的連桿將該傳送件與一個(gè)心軸聯(lián)接起來，提高或降低該心軸相對(duì)輪轂的運(yùn)動(dòng)速度。
當(dāng)某個(gè)心軸以與輪轂(即與傳送件)相同的速度朝相反的方向運(yùn)動(dòng)是時(shí)，該心軸在極坐標(biāo)系統(tǒng)中處于絕對(duì)停頓狀態(tài)。這就是每一心軸設(shè)置為繞轉(zhuǎn)臺(tái)(立柱)軸線運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。
因此，所提供的方法和裝置，通過以一種方式放置與加工站嚙合的工件來減少加工站不在工件上執(zhí)行規(guī)定的功能的時(shí)間，可以極大地提高生產(chǎn)率。一些工件前進(jìn)至下一加工站的同時(shí)另一些工件保持與不同加工站間的有效嚙合。此外，由于心軸轉(zhuǎn)臺(tái)以基本不變的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)的扭矩可以顯著地減小。
通過下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明詳細(xì)的說明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用將會(huì)得到更清楚更完整的理解。


圖1是本發(fā)明的轉(zhuǎn)臺(tái)的頂視圖，表示與具有多個(gè)加工站的杯紙制造機(jī)有關(guān)的作業(yè)情況;
圖2是部分拆開的心軸和支架組件的頂視圖;
圖3是心軸和支架組件的側(cè)剖視圖;
圖4是具有圖3所示的心軸的局部剖視圖，表示出與聯(lián)接在心軸、轉(zhuǎn)臺(tái)輪轂和凸輪上的連桿件之間的工作關(guān)系。
圖5是沿圖4中5-5線剖開的輪轂、凸輪和連接系統(tǒng)的水平剖視圖;
圖6是圖5的水平剖視圖，表示出各心軸的位置;以及圖7是圖4所示連接系統(tǒng)的分解圖。
本發(fā)明一般地說是涉及加工機(jī)械時(shí)間控制的方法和裝置，以提高生產(chǎn)率。在一個(gè)具體的最佳實(shí)施例中，涉及一種可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)，它具有可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在其上的數(shù)個(gè)徑向延伸心軸，各心軸作順序定位以與靠近它們的軌跡布置的加工站有效聯(lián)系?；蛘撸瑥霓D(zhuǎn)臺(tái)延伸出的各臂本身就包括加工站，而工件是繞轉(zhuǎn)臺(tái)圓周放置的。本發(fā)明預(yù)期的情況是，相互配合的元件可以間斷性地進(jìn)行例如機(jī)械的、熱的、光的、聲的或電的耦合。
本發(fā)明提出的特殊實(shí)施裝置與紙杯生產(chǎn)機(jī)器有關(guān)，其中轉(zhuǎn)臺(tái)以固定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，而由各心軸攜帶的工件則以一種方式相對(duì)輪轂和各加工站經(jīng)歷了角加速、角減速、勻角速度和絕對(duì)停頓這樣一些間斷期間，這種方式極大地改善產(chǎn)量并同時(shí)減小了機(jī)器的疲勞。下述的說明是結(jié)合這個(gè)最佳實(shí)施例進(jìn)行的，該專業(yè)的技術(shù)人員可以理解，該說明的意圖僅在于舉例。
現(xiàn)參看圖1，總地以100表示的紙杯加工機(jī)最好包括一個(gè)心軸轉(zhuǎn)臺(tái)10，一個(gè)壓邊轉(zhuǎn)臺(tái)12，一個(gè)傳送轉(zhuǎn)臺(tái)14，和一系列繞心軸轉(zhuǎn)臺(tái)10圓周或運(yùn)動(dòng)軌跡布置的加工站。心軸轉(zhuǎn)臺(tái)10適當(dāng)?shù)匕〝?shù)個(gè)徑向延伸的臂212，它們具有裝在其上的適當(dāng)形狀(在這種情況下的杯形)的心軸16，并且是可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在中心軸或立柱上的，這可從圖4清楚看出。每個(gè)心軸16構(gòu)成一個(gè)座，工件例如紙杯，在其裝配過程中安裝在它上面。
杯子加工過程自杯底加工站18開始，杯底13在那里被放置在心軸16的朝外的平直部分上。然后心軸前進(jìn)到杯底整形器站20，以彎曲圓形底的外周15，使之與側(cè)壁的錐度相適應(yīng)。接下去，帶有已整形杯底的心軸前進(jìn)到側(cè)壁毛坯供給站23，紙側(cè)壁21在那里被一對(duì)合攏翼22合攏在心軸16上。之后工件順序帶入一系列的加工站杯底加熱站24，滾輪向內(nèi)卷邊站26以及滾花站28。工件然后在成品站32被卸下來，以備包裝或在壓邊轉(zhuǎn)臺(tái)12進(jìn)行后續(xù)處理。有關(guān)附屬系統(tǒng)的更詳細(xì)的討論參見1984年12月25日發(fā)布的康若爾(Konzal)等人的美國(guó)專利第4490130號(hào)，其題目為“兩片式紙杯合縫機(jī)”。
從下面更詳細(xì)的討論可以看出，心軸16在相鄰的加工站間是以與普通轉(zhuǎn)位系統(tǒng)根本不同的方式前進(jìn)的。在普通轉(zhuǎn)位系統(tǒng)中，整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)都在“轉(zhuǎn)位”，這樣，剛性地固定在該轉(zhuǎn)臺(tái)上的所有心軸都同時(shí)從它們各自所處的加工站前進(jìn)到下一個(gè)相鄰的加工站。這個(gè)步進(jìn)過程不斷重復(fù)，這樣轉(zhuǎn)臺(tái)每轉(zhuǎn)360度每個(gè)心軸就與每個(gè)加工站相遇一次。如上面已討論過的，轉(zhuǎn)臺(tái)和各心軸合在一起的總質(zhì)量在各心軸一起轉(zhuǎn)位到下一加工站的每一時(shí)刻都必須同時(shí)加速和減速。因此，在心軸前進(jìn)過程中，所有加工站都在停工待料，也就是說，轉(zhuǎn)位過程中沒有任何一個(gè)加工站與工件相接合。
相反，本發(fā)明的轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)采用了一種馬步態(tài)原理，其中某個(gè)特定的心軸從一個(gè)加工站順序前進(jìn)到下一加工站基本上是與該轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)無關(guān)的。因此，采用這一原理的轉(zhuǎn)臺(tái)是程序控制的，即每一加工站與工件相互作用的相應(yīng)周期是按照預(yù)定的時(shí)間量錯(cuò)開的。結(jié)果，加工站不與心軸有效聯(lián)系的總時(shí)間可以減少。
參見圖2，心軸16是剛性地固定在支架組件200上的，該支架組件有助于心軸16可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)10的中心立柱202上。支架組件200適當(dāng)?shù)赜上鄳?yīng)的上下支架204組成，這可由圖4清楚看出。盡管也可采用單支架，但相應(yīng)的多支架204卻有助于在停頓時(shí)使心軸16穩(wěn)定，提高心軸16與加工站相互作用的精度。支架軸承206允許支架組件200自由地繞立柱202轉(zhuǎn)動(dòng)。各自的支架緊固件208將上下支架204固定在軸承206上。臂212由立柱202徑向朝外延伸，并用臂緊固210與心軸16固定在一起。緊固件208和210可以是例如螺絲、鉚釘、螺栓、或用焊接。臂212上設(shè)置了一個(gè)樞軸孔352，用以安裝一個(gè)樞軸350(圖4上未示出，但從圖2可以看出)。
一種替換的方案是，臂212可以和一種軌道(未示)有效聯(lián)系，該軌道由一條或更多的軌道組成，形成繞立柱202的環(huán)形通道。每一心軸16可以安裝在軌道上繞它滾動(dòng)，就象道軌車在鐵路軌道上滾動(dòng)那樣，以取代軸承206，這對(duì)專業(yè)人員來說是公知的。用這種方法，每一心軸可以可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在立柱202軸線周圍，與采用的安裝方法無關(guān)。
再參見圖3，可以看出一件工件214，例如一件預(yù)先沖成的紙側(cè)壁，已包裹在心軸16上。一個(gè)凸輪操縱的心軸柱塞組件216設(shè)置在心軸16和支架組件200中，以實(shí)現(xiàn)各種杯子成形作業(yè)，這已在美國(guó)專利第4490130號(hào)中充分描述(前面已討論過)。從圖3可清楚看出，雙支架204結(jié)構(gòu)有助于提高心軸在垂直平面內(nèi)的穩(wěn)定性;水平面內(nèi)的穩(wěn)定性下面再討論。全方位的穩(wěn)定性對(duì)通過加工站在工件214上進(jìn)行的許多精密作業(yè)來說要求是非常嚴(yán)格的。
參見圖4和圖7，控制裝置300按程序控制著心軸16繞立柱202的位置，以在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)期間提供精確的運(yùn)動(dòng)和定位。該實(shí)施例所示的控制裝置300包括聯(lián)動(dòng)裝置302和凸輪裝置304。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，凸輪裝置304適當(dāng)?shù)赜缮贤馆嗆壍?06和下凸輪軌道308組成，二者都形成在凸輪盤310內(nèi)。凸輪盤310用螺栓、焊接或其它任何方便的緊固件剛性地固定在框架312上。替換的方案是，盤310可以與框架312成為一體，相應(yīng)的凸輪軌道306和308成為單體的一部分。
軸套316用例如軸套緊固件318固定在立柱202上，該軸套緊固件可以是一組螺栓、一個(gè)焊接環(huán)或任何其它普通緊固件。替換的方案是，軸套316與立柱202可以是整體結(jié)構(gòu)。輪轂314剛性地固定在軸套316上，或者與它形成整體，可以在固定框架312內(nèi)隨軸套316和立柱202轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著輪轂314轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)樞軸安裝在輪轂314內(nèi)的聯(lián)動(dòng)裝置302與凸輪裝置304發(fā)生嚙合，從而按照凸輪軌道306和308的形狀決定心軸16的位置，這將在下面討論。
聯(lián)動(dòng)裝置302最好由一個(gè)第一連桿320，相應(yīng)的第二連桿322和一個(gè)傳動(dòng)件324組成。相應(yīng)的上下伸出部326設(shè)置在傳動(dòng)件324的頂部和底部，用以將傳動(dòng)件324可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在輪轂314上的樞軸孔328內(nèi)。相應(yīng)的傳動(dòng)件軸承330安裝在框軸孔328內(nèi)，以利傳動(dòng)件324在輪轂314內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。相應(yīng)的凸輪隨動(dòng)件332設(shè)置在相應(yīng)的第二連桿322的末端，分別跟隨凸輪軌道306和308運(yùn)動(dòng)。
隨著輪轂314相對(duì)凸輪盤310轉(zhuǎn)動(dòng)，伸出體326劃過繞立柱202和輪轂314的公共軸線的具有固定半徑的圓弧。凸輪表面306和308相應(yīng)的凸輪隨動(dòng)件332相互作用控制了傳動(dòng)輸出臂334的位置。傳動(dòng)輸出臂334又決定了第一連桿320的位置，該連桿適當(dāng)?shù)赜梢患S件336和一個(gè)螺旋件338組成。螺旋件338用相應(yīng)的螺旋件軸承340可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在軸336上，并可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在心軸樞軸350上。因此心軸16繞立柱202的角運(yùn)動(dòng)是凸輪軌道306和308的機(jī)械程序的函數(shù)。這個(gè)“程序”輸入相應(yīng)的第二連桿322，傳送給傳動(dòng)輸出臂334，最終用以決定心軸16的位置。
仍參見圖4，用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軸承344安裝在凸輪盤310或框架312中的驅(qū)動(dòng)件342，將角運(yùn)動(dòng)傳給輪轂314。安裝在驅(qū)動(dòng)件342上的驅(qū)動(dòng)齒輪346與設(shè)置在輪轂314外圓上的輪轂齒輪348嚙合。驅(qū)動(dòng)件342與上文中關(guān)于驅(qū)動(dòng)軸扭矩的討論中提到過的主驅(qū)動(dòng)軸有效聯(lián)系(主驅(qū)動(dòng)軸圖上未示)。驅(qū)動(dòng)件342、輪轂314和主驅(qū)動(dòng)軸間的齒輪速比應(yīng)該這樣選取驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)“n”圈，轉(zhuǎn)臺(tái)繞轉(zhuǎn)臺(tái)軸線轉(zhuǎn)一圈，其中“n””為與轉(zhuǎn)臺(tái)有關(guān)的心軸數(shù)。以這樣的方法，每個(gè)心軸在驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)360°期間都與每個(gè)加工站分別發(fā)生了關(guān)系。
再參見圖5和6，上述聯(lián)動(dòng)裝置的水平視圖表明，相應(yīng)的隨動(dòng)件332與凸輪軌道306和308嚙合情況。凸輪軌道306和308具有相同的輪廓形狀，但按照正比于相應(yīng)凸輪隨動(dòng)件332中心間的距離的預(yù)定相位差相互錯(cuò)開的。因此，這個(gè)實(shí)施例中相應(yīng)的隨動(dòng)件332總是靠凸輪軌道306和308加載的。
對(duì)于每個(gè)聯(lián)動(dòng)裝置302來說，由于傳動(dòng)件324是(可轉(zhuǎn)動(dòng)地)安裝在輪轂314中的，立柱202的軸線和伸出體326的軸線間的距離，在裝置不斷的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中最好是不變的。傳動(dòng)件324可繞伸出體326的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，以對(duì)隨動(dòng)件322和凸輪軌道306和308的相互作用作出響應(yīng)，從而決定了傳動(dòng)輸出臂334的位置。傳動(dòng)輸出臂334使第一連桿軸336繞伸出體326的軸線劃過固定半徑的圓弧?？赊D(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接在心軸樞軸350上的螺旋件338使心軸16繞立柱202的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
在普通轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)中，心軸是固定聯(lián)接在轉(zhuǎn)臺(tái)輪轂上的，以使每個(gè)心軸繞轉(zhuǎn)臺(tái)中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)臺(tái)每轉(zhuǎn)一度，每個(gè)心軸也轉(zhuǎn)一度。而按照本發(fā)明的最佳實(shí)施例的轉(zhuǎn)臺(tái)中，各心軸也是繞臺(tái)轉(zhuǎn)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的，但卻不是固定聯(lián)接其上的;更確切地說，輪轂314的轉(zhuǎn)動(dòng)通過與每個(gè)心軸有關(guān)的控制裝置300對(duì)每個(gè)心軸16施加了影響。轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)是按照凸輪306和308而被偏置的，所產(chǎn)生的受到控制的運(yùn)動(dòng)又傳給每一心軸。
例如，在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，凸輪306和308是這樣設(shè)定程序的每個(gè)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)交替超前和滯后的。當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)伸出體326繞立柱202軸線以與轉(zhuǎn)臺(tái)相同的轉(zhuǎn)速和方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)凸輪306和308與第二連桿322相互作用使傳動(dòng)件324反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相應(yīng)的心軸繞轉(zhuǎn)臺(tái)軸線的運(yùn)動(dòng)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)是超前的(被加速)。凸輪的坡度決定了加速的速率。類似地當(dāng)傳動(dòng)件324繞伸出體326的軸線順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，心軸的前進(jìn)相對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)是滯后的(被減速)。減速的速率也是凸輪坡度的函數(shù)。當(dāng)凸輪306和308是這樣設(shè)定程序的，傳給心軸16的減速度使它繞轉(zhuǎn)臺(tái)軸線以與轉(zhuǎn)臺(tái)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)相同的角速度作反時(shí)針圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，心軸16相對(duì)空間某固定點(diǎn)處于絕對(duì)停狀態(tài)。
在最佳實(shí)施例中，立柱202、軸套316和輪轂314一起以恒定角度速轉(zhuǎn)動(dòng)。另一方面，如果希望轉(zhuǎn)臺(tái)以可變的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪306和308就可按照可變的速度輸入設(shè)定程序，以按照要求超前或滯后心軸的運(yùn)動(dòng)。在給出已闡明的上述原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞螤钜赃_(dá)到所要求的程序就是有關(guān)專業(yè)領(lǐng)域熟知的事了;而且，在這些相同原理的指引下，那些熟練的專業(yè)人員還可發(fā)現(xiàn)可用非機(jī)械裝置(例如電子裝置)去履行這一功能。
在另一個(gè)規(guī)換實(shí)施例中，可用單凸輪去取代圖4和7中所示的上/下結(jié)構(gòu)。在那種情況下，采用了雙面凸輪軌道，隨動(dòng)件和每一軌道側(cè)面之間的間隙達(dá)到最小。在另一個(gè)替換實(shí)施例中，采用了單面凸輪軌道，隨動(dòng)件用例如剛性彈簧向凸輪軌道加載。在又一種變換方案中，每個(gè)心軸都有一個(gè)固定其上的隨動(dòng)件。數(shù)個(gè)凸輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在輪廓或框架上，使每個(gè)隨動(dòng)件隨著轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)順序與各凸輪相互作用。當(dāng)某個(gè)隨動(dòng)件終止與一個(gè)凸輪的嚙合時(shí)，它又開始與相鄰的凸輪發(fā)生嚙合。各凸輪決定了隨動(dòng)件的位置，隨動(dòng)又決定了該心軸的位置。在上述各替換實(shí)施例中，隨動(dòng)件的間隙值和彈簧的剛度應(yīng)加以選擇以確保有關(guān)心軸的末端在停頓期間在水平面內(nèi)具有足夠的穩(wěn)定性，以適應(yīng)與加工站間的精確相互作用。
將這種馬步態(tài)原理應(yīng)用于轉(zhuǎn)臺(tái)利于工件順序步進(jìn)到沿軌道布置的各加工站，以在心軸處于絕對(duì)停頓的間斷期間與各加工站發(fā)生嚙合。這些心軸只占轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)總體質(zhì)量的相對(duì)小的部分，該心軸在絕對(duì)停頓期間之間是單獨(dú)地被加速和減速的。轉(zhuǎn)臺(tái)的主要質(zhì)量部分，即立柱、軸套、輪轂和聯(lián)動(dòng)裝置，是以基本不變的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)的，同時(shí)框架和凸輪盤保持靜止。因此，由于必須加速的質(zhì)量減少，總的系統(tǒng)扭矩顯著地減小了。結(jié)果，驅(qū)動(dòng)軸速度可以顯著提高，而不增加上面討論過的軸的扭曲或諧波振動(dòng)。
消除了轉(zhuǎn)臺(tái)質(zhì)量作為驅(qū)動(dòng)軸扭矩的源以后，必需研究驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的第二限制因素工藝設(shè)計(jì)。也就是說，在不考慮驅(qū)動(dòng)軸可以增加到何種程度而不產(chǎn)生扭矩的問題的情況下，研究限制工作循環(huán)速度的某些實(shí)際條件。
工藝設(shè)計(jì)的極限條件就是在最大驅(qū)動(dòng)軸速度時(shí)，在一件工件進(jìn)行最耗時(shí)的工序所要求的時(shí)間。例如，側(cè)壁合攏和底終加工站特別要求比杯子制造的其他加工站更多的時(shí)間。為此目的，例如約要求0.12秒工作時(shí)間的合攏站就是工藝設(shè)計(jì)的極限條件。
不管采用單轉(zhuǎn)臺(tái)還是多轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)器，最后的加工站一般都是成品站，在那里把工件從轉(zhuǎn)臺(tái)上卸下來。由于所有加工站典型地都是受到驅(qū)動(dòng)軸控制并與驅(qū)動(dòng)軸同步的，每一加工站在360度周期中作業(yè)的，也就是說在主驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)360度期間每一加工站在一個(gè)心軸上進(jìn)行一道完整的工序。這樣，驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)一圈，就生產(chǎn)出一只杯子，即從杯生產(chǎn)機(jī)器上卸下一件工件(杯)。但如下面將要解釋的，盡管每一加工站是在360度周期中作業(yè)的，但每一加工站工序不需要瞬時(shí)一致的。也就是說，盡管驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)一圈每一加工站就作業(yè)一次，但不同的加工站可以在驅(qū)動(dòng)軸不同的角度位置開始作業(yè)的。任何情況下單位時(shí)間內(nèi)提高杯產(chǎn)量的最終任務(wù)都要求增加受到每一心軸必須嚙合最耗時(shí)(例如合攏)加工站的時(shí)間所限制的驅(qū)動(dòng)軸速度。
如上述結(jié)合附圖4所討論過的，主驅(qū)動(dòng)軸(未示出)與驅(qū)動(dòng)件342和驅(qū)動(dòng)齒輪346共同工作，將角運(yùn)動(dòng)傳給輪轂314和轉(zhuǎn)臺(tái)立柱202。結(jié)果，驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)“n”個(gè)360度，心軸轉(zhuǎn)臺(tái)10就繞其縱軸線轉(zhuǎn)一整圈，其中“n”為繞轉(zhuǎn)臺(tái)分布的心軸數(shù)。因此，斷定杯生產(chǎn)周期的是主驅(qū)動(dòng)軸而不是轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過的360度。
該360度杯生產(chǎn)周期可以分成兩部分1)將工件從一個(gè)加工站運(yùn)送到下一加工站所需的以度表示的“時(shí)間”;2)工件停留在每一加工站的“時(shí)間”。這兩部分分別稱為生產(chǎn)周期的“轉(zhuǎn)位”部分和“停頓”部分。
例如，在普通轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)中，需要用160度驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)將心軸從一加工站轉(zhuǎn)位到下一站，剩下的200度驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)留給該心軸與加工站嚙合(停頓)。隨著驅(qū)動(dòng)軸速度的提高，留給停頓的那部分驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)必須增加，以保持相同停頓時(shí)間。必須維持0.12秒的最少停頓時(shí)間。因此加快轉(zhuǎn)速就要增加360度周期中分配給停頓的那部分時(shí)間。
換一句話說，是用提高停頓與轉(zhuǎn)位時(shí)間的比值的辦法來提高生產(chǎn)率，例如，當(dāng)360度周期由250度停頓與110度轉(zhuǎn)位兩部分組成時(shí)，生產(chǎn)率就比上例中的高。但是，如果在110度驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)這樣小的集中時(shí)間區(qū)間內(nèi)既要對(duì)所有心軸轉(zhuǎn)位又要同時(shí)將所有加工站定位在預(yù)定停頓的位置，會(huì)產(chǎn)生不能接受的高驅(qū)動(dòng)軸速度時(shí)的高系統(tǒng)負(fù)荷。為緩解負(fù)荷問題，心軸及加工站的轉(zhuǎn)位必須分散在整個(gè)周期內(nèi)。
前面討論過的凸輪/聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)則允許對(duì)各心軸單獨(dú)定位。此外，盡管每一加工站作業(yè)是在360度主驅(qū)動(dòng)軸周期內(nèi)進(jìn)行的，但各加工站的周期并不重合。通過錯(cuò)開各加工站作業(yè)周期和每一次使之比所有心軸少許超前的辦法，由快速轉(zhuǎn)位產(chǎn)生的負(fù)荷可以有效地分散在每一周期中，從而減小了尖峰負(fù)荷。
考慮例如一種本發(fā)明的具有相同數(shù)的心軸和相應(yīng)的加工站的轉(zhuǎn)臺(tái)。一旦第一加工站結(jié)束與第一心軸嚙合，該心軸迅速向第二加工站前進(jìn)。當(dāng)?shù)谝恍妮S接近第二加工站時(shí)，第二加工站終止與第二心軸的嚙合，第一心軸取代第二心軸在第二加工站的位置。第二心軸向第三加工站前進(jìn)以取代第三心軸，工藝過程不斷繼續(xù)。通過適當(dāng)錯(cuò)開加工站周期和心軸超前，如上所述，如果某個(gè)加工站終止一個(gè)離去的心軸嚙合(停頓)時(shí)，立即就使來到的心軸接近該加工站，則加工站停頓時(shí)間可以增加到最大限度，而轉(zhuǎn)位時(shí)間則可減少到最小限度。此外，由于選定的各心軸是單獨(dú)加速的，最好每一次只有一個(gè)心軸被加速，以有利減小瞬時(shí)作用的扭矩，從而減小了系統(tǒng)負(fù)荷。
至此，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)也就清楚了。在上例中，在每一心軸順序向相鄰的加工站前進(jìn)時(shí)，直到最后的心軸離開最后加工站并與第一加工站相嚙合之前，第一加工站是處于未被占據(jù)的狀態(tài)。這就可能在轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置比有關(guān)加工站數(shù)更多的心軸，可以多出例如一個(gè)或二個(gè)，或者更多。這樣，在一個(gè)加工站結(jié)束與離去的心軸的嚙合時(shí)，總有一個(gè)到來的心軸靠近該加工站，以使每一加工站轉(zhuǎn)位的時(shí)間可以減至最小。附加心軸帶來的另一優(yōu)點(diǎn)是，加工站的利用率得到了極大的提高，也就是說除到來的心軸置換離去的心軸期間以外，每一加工站在所有時(shí)間都在加工工件。
以4個(gè)加工站5個(gè)心軸轉(zhuǎn)臺(tái)為例。每一加工站在360度驅(qū)動(dòng)軸周期內(nèi)工作，這樣在連續(xù)作業(yè)期間，驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)5圈，就可生產(chǎn)5只杯子。隨著機(jī)器作業(yè)5個(gè)循環(huán)，驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)1800度，在此期間內(nèi)每一加工站處理5個(gè)心軸。因此每一加工站與每一心軸在1800/5＝360度時(shí)間內(nèi)發(fā)生“關(guān)系”(分度加瞬時(shí)靜止)。但每一心軸與每一加工站在1800/4＝450度時(shí)間內(nèi)發(fā)生關(guān)系，在每一加工站有250度的停頓時(shí)間，這樣，每一心軸就有200度(即450減250)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度可用于轉(zhuǎn)位。這樣，通過對(duì)控制裝置適當(dāng)?shù)某绦蛟O(shè)計(jì)，各心軸就從360度驅(qū)動(dòng)軸周期中脫離出來，從而避免了每一加工站轉(zhuǎn)位和停頓間的交換。360度加工站周期可歸屬停頓部分最大限度地得到提高，而且由于附加心軸的存在，每一心軸必須轉(zhuǎn)位所需的度數(shù)還不會(huì)減小，甚至可以增加。
所增加的分配給每一心軸的轉(zhuǎn)位時(shí)間是心軸數(shù)與加工站數(shù)之比的函數(shù)。例如，七心軸六加工站轉(zhuǎn)臺(tái)可為每一心軸提供420度(7/6乘360)總的轉(zhuǎn)位和停頓時(shí)間。在驅(qū)動(dòng)軸速度要求250度停頓以滿足一個(gè)0.12秒的工藝設(shè)計(jì)極限時(shí)，該轉(zhuǎn)臺(tái)可向每個(gè)心軸提供170度(420減250)轉(zhuǎn)位時(shí)間。
作為另一個(gè)例子的十心軸八加工站轉(zhuǎn)臺(tái)，可為每一心軸提供450度(10/8乘360)轉(zhuǎn)位加停頓時(shí)間。同樣，250度用于停頓，每一心軸就有200度驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度可用于轉(zhuǎn)位。
選定心軸的單獨(dú)超前的方式可以有利地在許多場(chǎng)合中得到采用，其中工件是順序定位在若干中間作用段上的;例如，在采用數(shù)擯的制造和加工作業(yè)中，特別是某些作業(yè)要求比其它作業(yè)較多時(shí)間的場(chǎng)合。又如通過獨(dú)立地使物品通過每一加工站，可以使包裝作業(yè)，更加有效地進(jìn)行。作為另一實(shí)例的半導(dǎo)體器件的制造中，通過上述技術(shù)，其效率和產(chǎn)量可以極大地提高。
此外，控制裝置使各心軸定位的“程序”無須限于凸輪軌道，可以采用芯片，磁盤或微計(jì)算機(jī)，并可用本專業(yè)的普通技術(shù)人員公知的技術(shù)進(jìn)行修改和使用。這樣可以通過鍵盤輸入等辦法提供新程序，而不用更換凸輪。
另外，上述聯(lián)動(dòng)裝置擔(dān)負(fù)的功能，還可例如用氣動(dòng)或液動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)，或電子，或磁動(dòng)動(dòng)器擔(dān)負(fù)。
盡管本發(fā)明是結(jié)合一些最佳實(shí)施例說明的，但本專業(yè)的普通技術(shù)人員很清楚，這些實(shí)施例可進(jìn)行改進(jìn)、變更或刪減，而不脫離本發(fā)明的精神。例如，盡管所述的驅(qū)動(dòng)軸是一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，但它可由任何其它適當(dāng)?shù)难b置控制循環(huán)過程是同步，例如一種電子控制器等。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)只受所請(qǐng)求的權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一程序可有機(jī)械控制的轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，其特征在于該裝置具有一個(gè)框架；一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述框架內(nèi)的立柱，該立柱有一個(gè)剛性地固定其上的輪轂；驅(qū)動(dòng)裝置用以以基本恒定的角速度驅(qū)動(dòng)所述立柱轉(zhuǎn)動(dòng)；安裝裝置用以在所述立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線周圍可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝至少一個(gè)心軸；以及控制裝置，與所述驅(qū)動(dòng)裝置有效聯(lián)系，以在所述心軸上施加受控的角速度。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，其特征在于其中所述的控制裝置有聯(lián)動(dòng)裝置，用以控制所述心軸的所述角度速度，以實(shí)現(xiàn)加速度、減速度和停頓的間斷期間。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，其特征在于其中所述的控制裝置包括凸輪裝置，剛性地固定在所述框架上，所述的聯(lián)動(dòng)裝置具有傳動(dòng)件，可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述輪轂上，以在所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線和所述傳動(dòng)件軸線之間建立固定的距離。
4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，其特征在于其中所述的聯(lián)動(dòng)裝置還具有一個(gè)第一連桿，其一近側(cè)端剛性地固定在該傳動(dòng)件上，其遠(yuǎn)側(cè)端可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在所述第一心軸上;以及一個(gè)第二連桿，其一近側(cè)端固定在該傳動(dòng)件上，其遠(yuǎn)側(cè)端與所述凸輪裝置有效聯(lián)系。
5.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，其特征在于其中所述第一連桿的所述遠(yuǎn)側(cè)端是可滑動(dòng)地固定在所述第一心軸上的。
6.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，其特征在于其中所述的凸輪裝置包括一個(gè)基本上是平的盤，它具有一個(gè)裝在其上的凸輪軌道，所述第二連桿的遠(yuǎn)側(cè)端包括一個(gè)隨動(dòng)件以有助于所述凸輪軌道和所述第二連桿之間有效聯(lián)系。
7.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，其特征在于還包括數(shù)個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線周圍的數(shù)個(gè)心軸，其中所述的控制裝置控制著所述這些心軸彼止間和相對(duì)所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的角度位置和角速度。
8.如權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，其特征在于其中每一所述心軸響應(yīng)所述聯(lián)動(dòng)裝置而經(jīng)歷預(yù)定的角加速度、角減速度和絕對(duì)停頓這樣的間斷期間。
9.如權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，其特征在于其中選定的心軸的角度速和角位置對(duì)任何其它心軸的角速度和角位置是獨(dú)立的。
10.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，其中所述立柱包括一個(gè)具有垂直轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的基本上為圓筒形的軸。
全文摘要
一種程序可用機(jī)械控制的轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)臺(tái)裝置，它所具有的形狀使繞該轉(zhuǎn)臺(tái)中心軸線的數(shù)個(gè)心軸中的每一個(gè)具有獨(dú)立的位置，以周期性地與數(shù)個(gè)加工站相作用。中心立柱以基本固定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。每一心軸安裝在該立柱軸線周圍，用以繞公共軸線轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂蒲b置與該立柱共同工作，以有選擇地將扭矩轉(zhuǎn)給與凸輪裝置和聯(lián)動(dòng)裝置相連的各心軸。相應(yīng)心軸的相應(yīng)角加速度、角減速度和絕對(duì)停頓期間按一個(gè)與相應(yīng)凸輪軌道有關(guān)的預(yù)定凸輪形狀進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)B65G29/00GK1041901SQ8910836
公開日1990年5月9日 申請(qǐng)日期1989年10月10日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月11日
發(fā)明者達(dá)里爾·R·康扎爾 申請(qǐng)人:制紙機(jī)械公司