CN106061645B - 用于设置接合元件或功能元件的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于设置接合元件或功能元件的装置(1)，该装置包括如下构件：支架(3)、布置在支架上的冲头、围绕冲头(9)的夹具、布置在支架(3)上的相对于冲头共轴对置的底模(4)、用于引起冲头和底模(4)的相对运动的驱动单元(2)以及控制单元。根据本发明，驱动单元(2)使底模(4)相对于支架(3)运动。此外，设置了用于提供夹具的加载行程的加载设备，以便对接合元件或功能元件加载夹具的预定的行程距离，以及设置了施力机构，以便在设置接合元件或功能元件时在与加载行程不同的压紧阶段中以预定的压力把夹具压向工件。此外，本发明还涉及一种用于设置接合元件或功能元件的方法。

Description

用于设置接合元件或功能元件的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于设置接合元件或功能元件的装置以及一种用于设置接合元件或功能元件的方法。

背景技术

已知用于设置例如用于冲压铆接的接合元件或功能元件的装置和方法的多种实施方案。在这些实施方案中，冲头通过驱动单元朝着共轴对置的底模运动以设置例如铆钉。

经常使用液压或气动液压的驱动装置或者带有主轴驱动的电动驱动装置用于驱动。

在多个实施方案中，冲头和底模布置在C形支架上。

通过对所述装置在结构上的规定限制了至工件的通路，尤其是当该工件固定时，例如是固定的汽车车身时，以及需要遵守相对于工件表面的预定的接合方向时。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于设置/安置接合元件或功能元件的装置和方法，由此实现在保持接合或设置质量不变的同时改进至工件的设置位置的通路。

该任务通过按本发明的用于设置接合元件或功能元件的装置以及按本发明的用于利用装置设置接合元件或功能元件的方法完成。

本发明基于一种用于设置接合元件或功能元件的装置，所述装置包括如下构件：

支架、布置在支架上的冲头/冲模(Stempel)、围绕冲头的夹具、布置在支架上的、与冲头共轴对置的底模/阴模、用于引起冲头和底模的相对运动的驱动单元以及控制单元。在此本发明的核心构思在于，驱动单元使底模相对于支架运动，以及设置有用于提供夹具的加载行程的加载设备，以便以夹具的预定行程距离加载接合元件或功能元件/加载行程具有预定行程距离。此外，设置有施力机构，用于在设置接合元件或功能元件时在与加载行程不同的压紧阶段以预定的压力使夹具相对工件压紧。

通过使底模能相对于支架运动，而在冲头上不需要为设置接合元件或功能元件提供压力而必须的驱动单元。因此，所述装置的冲头侧的部件具有相对较小的位置需求且进而可以安置在工件表面处，在该处的运动空间本来不足以定位被驱动的冲头以及驱动单元。

在一定的情况下，接合元件的接合方向不重要，相反在一些情况中在技术上仅一种接合方向可行且有意义，例如在设置半空心冲压铆钉时，其中重要的是，在哪个侧面上使材料接合部(Materialverbund)保持闭合，即没有被半空心冲压铆钉穿过。对功能元件来说，大多是这种情况，即需要保持设置方向，例如当功能元件和固定元件(例如螺纹销)一起***一构件中。该螺纹销仅可以在一侧上以及在构件的一个位置上有意义地使用。

通过用于实现加载过程的加载设备以及负责在设置接合元件或功能元件期间以预定的方式将夹具相对工件压紧的施力机构可以和其中冲头和夹具被一起驱动的装置相比得到相当的连接质量。

在加载过程中，夹具在极端情况下甚至可以不用力加载，即所谓的无力伴随运动，或者在该运动中仅需要相对较小的反作用力用于执行加载行程。

例如，支架可以是C形夹，像其在由现有技术已知的用于冲压铆接的在冲头侧被驱动的装置中那样。优选如此设计用于设置接合元件或功能元件的装置的元件，使得它们能够安装在由现有技术已知的传统的C形夹上用于冲头侧的驱动装置。

在本发明的一个特别优选的设计方案中，夹具的压力在压紧阶段比在加载行程中在加载行程距离上施加在夹具上的压力大至少2、3、4、5被或甚至更大。

在压紧阶段和/或在加载行程中，夹具的压力可以通过弹性构件提供。对加载行程来说，可以使用具有相对较小弹力的弹性件，其中在压紧阶段则可以使用弹性组件或弹簧叶片组，弹性组件把数倍的压力施加至夹具上。

弹力优选在加载行程中以及在压紧阶段通过不同的弹性件实现。

在本发明的另外的有利的设计方案中，在加载行程中，夹具的压力通过气动施力设备提供。由此通过施力设备的相应的气动操控得到了用于夹具的在力作用调节方面的高的灵活性。例如可设想一个或多个气动缸作为施力设备。在压紧阶段的力产生同样可以气动进行。也可以设想液压力加载。

此外优选的是，设置第二驱动设备用于夹具的独立的单独的运动。由此可以通过第二驱动设备实现夹具的预定的加载行程，以便为设置过程在冲头之前定位接合元件或功能元件。

对接合元件或功能元件***固定的工件中的情况来说，还有利的是，设置补偿机构，用于使支架沿所述装置的接合轴线或设置轴线的方向运动。例如，支架布置为在其连接处，例如相对于机械手通过带有例如气动配重的滑块可移动。另一种可能性也在于，在底模活动且工件静止时可以如此实现补偿，即补偿运动由机械手***提供，支架安装在该机械手***上。

例如，用于提供位置补偿的机械手***执行尤其在多个轴线上计算出的、时间同步地进行的运动。

例如，可以基于空间位置调节在所述装置的连接处的滑块上的气动配重。

由于底模可以相对于支架运动，则冲头可以牢固地与支架连接，由此冲头的构造简单。

驱动设备优选在底模侧布置在支架上，由此在构造上底模可以简单地相对于支架可活动地布置。

为了实现在支架处规定地引导夹具，还建议，在支架处通过至少一个导向柱，优选两个导向柱可活动地引导夹具。

夹具可以通过气动可操纵的活塞设计为可活动的。在这种情况下，还优选的是，至少一个导向柱包括气动驱动装置的活塞，该活塞可在气动缸中运动。因此，可以在构造上紧凑地组合夹具的导向和驱动装置。

此外，为了加载接合元件或功能元件还建议了，控制设备设计用于，使夹具沿着冲头朝底模的方向一直运动至伸出位置，直至释放/形成一用于输入接合元件或功能元件，例如来自输入通道的铆钉的加载开口。

为了实现相对快速的设置过程，还建议了，如此设计控制单元，使得夹具在一伸出位置安置在工件处。然而在此需要有相应的空间供使用，以便在工件处定位具有伸出的夹具的装置。如果在具有返回的夹具的装置移向工件之前首先结束加载过程，尤其可以更紧凑地构造所述装置的支架。

为了在加载和/或压紧阶段中保持夹具规定的运动，还建议了，控制单元构造为使底模可以通过驱动单元向工件运动并随后能进一步朝着在工件的另一个对置的侧面上后退的夹具运动。由此，当夹具在伸出的加载状态中和底模一起返回运动直至压紧阶段开始且例如接合元件的真正的设置过程开始时，尤其可以在该运动过程中考虑该加载过程。在此，优选以相对较小的力进行加载行程的返回，所述力明显小于在设置过程中的压力。

在工件抵靠在夹具和在底模时在底模移近的情况下，夹具的后退可以通过控制单元以这样一种方式进行，即夹具以定义方式被驱动地，即利用可预定的、尤其是通过控制单元可控制的反作用力后退。

然而夹具的力作用既可以在压紧阶段也可以在加载阶段中通过弹性构件引起。

为了使惯性力对构件的影响最小化，还建议以这样设计该控制单元，即在设置过程期间或者在设置过程马上/快开始之前降低底模的速度。

在根据本发明的用于利用一装置设置接合元件或功能元件的方法中，该装置包括支架、布置在支架上的冲头、围绕冲头的夹具、布置在支架上的与冲头共轴对置的底模和驱动单元，通过驱动单元使底模运动，以及夹具与此无关地执行一用于加载接合元件或功能元件的、具有夹具的预定的行程距离的加载行程，以及在与此不同的压紧阶段中，在设置过程中，利用预定的压力将夹具相对工件压紧。夹具优选单独地被驱动，以便尤其是能够执行加载行程。

在伸出状态中，夹具优选沿着冲头朝底模方向运动至加载位置，以用于接纳接合元件或功能元件，尤其是铆钉。这有利地利用单独的驱动设备实现。

在该方法的另一个有利的设计方案中还建议了，夹具在沿着冲头朝底模方向伸出的状态中与工件接触，底模在该接触状态中朝着工件或夹具运动以及同时为了例如铆钉的设置过程，底模利用工件向后推动夹具。在向后推动夹具时，底模朝着尤其是固定布置的冲头移动，该冲头相对于夹具向前并例如在最后阶段中把铆钉冲制到工件中。

对固定的工件来说必要的是，支架执行补偿运动，例如通过支架布置在其上的机械手的反向运动，或者通过在支架至构造单元的连接处的相应的补偿装置，支架安装在所述构造单元上。

为了能够实现具有最小结构空间的支架，还建议了，夹具在加载过程之后例如和铆钉一起运动至驶入状态/移入状态/缩回状态中。由此在确定支架的尺寸时，不必提供该加载行程供使用。随后，可以使夹具接触工件，且底模在接触状态中朝着工件或夹具运动，且同时底模在压紧阶段在例如铆钉的设置过程期间利用工件向后推动夹具。

附图说明

在附图中示出本发明的多个实施例，且在下文在说明其它优点和细节的情况下进一步描述多个实施例。

附图示出：

图1以透视图示出具有底模侧的驱动装置的接合钳，

图2以透视图以部分地剖开的方式示出在冲头－和底模区域中根据图1的接合钳的一部分；

图3以剖视图示出根据图1和2的接合钳的冲头侧的铆钉头，

图4a至图4f以透视剖视图示出接合钳相对于工件的加载和设置过程，

图5a至图5f示出与图4a至图4f对应的过程，然而伴随着接合元件的加载的备选的运动变型方案。

具体实施方式

图1示出了用于尤其是铆接构件的接合钳1，具有驱动单元2、支架3、底模4、铆钉头5以及铆钉输入单元6。利用驱动单元2轴向驱动底模4。

接合钳可以用于在具有以及没有夹具的夹紧力的情况下设置半空心冲压铆钉、实心冲压铆钉、咬合铆钉、专用的功能元件、电阻焊元件。

在图2和3中可看到尤其是铆钉头5的接合钳的更多细节。

铆钉头5包括具有两个气动缸7a、7b的气动设备7、夹具8以及冲头9。气动缸7a和7b具有同时形成了用于夹具8的导向柱的活塞10a、10b。冲头9与支架3牢固地连接。

因此，在设置接合元件时的运动由底模4的运动引起。在气动压力腔11a、11b的长度l上可以通过气动控制的方式使活塞10a、10b或柱10a、10b伸出和缩回/驶入，由此使在夹具接纳部8a处的夹具8伸出和驶入，所述夹具接纳部8a与活塞10a、10b或柱10a、10b连接。

在驶入状态/缩回状态中，活塞10a、10b分别处于止挡部12a、12b处。此处的特殊性在于，相应的止挡部12a、12b由于在止挡部12a、12b之后的压力弹簧13a、13b而具有弹性。压力弹簧13a、13b在该实施例中包围活塞10a、10b的一延长部14a、14b。由此为设置过程实现一种夹具功能，其中当夹具相对于气动缸7a、7b向后这样远地回移，直至活塞10a、10b朝着相应的止挡部12a、12b运动且随后相应的止挡部12a、12b反作用于弹力后退时，夹紧力由压力弹簧13a、13b产生。

由此，冲头9在夹具8中向前并使接合元件处于相应的工件中(在图3中未示出)。

接合元件，例如铆钉在冲头9之前的输入通过铆钉输入单元6进行。铆钉随后在冲头9之前保持在夹具8中。在铆钉至工件中的设置过程中，固定的冲头用作用于铆钉的支座。

接下来在图4a至4f或5a至5f中伸出了用于设置铆钉的两种变型。

在第一变型中，气动缸7a、7b首先驶离，由此铆钉头5处于加载位置中。在该位置中，铆钉在利用箭头14标示的位置处被加载。在夹具接纳部8a处的夹具8完全伸出(图4a)。

在具有伸出的夹具8的该位置中，具有夹具的钳布置在构件15上以及驱动单元2(参见图1)以一行程开始且同时底模朝着工件15移出(参见图4b和4c)。

当底模4撞击到构件15时，气动缸7a、7b后退且开始用于铆钉的加载行程。同时，当涉及一固定的构件时，接合钳相对于构件移动。为此，需要相对于接合钳1合适的移动件。

在加载行程中，相对较小的夹紧力起作用，也就是说，气动缸7a、7b提供的力相对较小。该力也能够完全切断。在该加载行程中，当夹具驶入时，冲头向前封闭在夹具8中的铆钉。

在图4d中，加载行程恰好结束。在相应的活塞10a、10b处的止挡部16a、16b则位于气动压力腔11a、11b的端部处的止挡部12a、12b上。在此，在底模的进一步移动中，开始产生通过弹簧13a、13b引起的夹紧力。可以在铆钉放置到工件上之前或之后开始施加夹紧力。

铆钉被压入(图4e)并且所有运动返回至初始位置中(图4f)。

锁住新的铆钉并且可以根据图4b重新开始加载行程。

这种做法在设置铆钉时具有的优点是，实现更快的过程，因为加载行程是设置过程的组成部分，且同时在夹具8从一构件取下之后可以立即再装载下一个铆钉。

然而，用于加载行程的移动距离必须一定程度地进入支架，尤其是C形支架。

在图5a和5b中示出了一种变型，其中恰好可以在C形支架的尺寸中空出该加载行程。

相应地，在该变型中如下地进行铆钉的设置：

气动缸7a、7b伸出，以便由此把铆钉头5，尤其是夹具8相对于冲头9带到加载位置中。在图5a中示出了加载位置，其中铆钉被加载到根据箭头17的位置中。

此时，通过气动缸7a、7b实现夹具8的反行程，该反行程对应于加载行程且通过止挡部16a、16b碰到在气动压力腔11a、11b的相应的端部处的止挡部12a、12b上结束(参见图5b)。

此时，接合钳1由例如一机械手借助于夹具8安置到构件18处，以及驱动单元2开始工作行程，由此底模4被朝着构件18伸出(参见图5d)。

当底模4碰到构件18上时，气动缸7a、7b的活塞10a、10b的止挡部16a、16b被压向气动压力腔11a、11b端部处的止挡部12a、12b，由此在进一步的工艺中，压力弹簧13a、13b被压缩且为夹具8提供夹紧力。当夹具8被回压时，冲头9始终持续向前，由此当冲头被放置到铆钉上时，铆钉被压入构件18中(参见图5e)。

可以在放置铆钉之前或之后开始施加夹紧力。

在该过程结束之后，所有运动返回至初始位置，其中从工件取下接合钳，以便能够使夹具驶离至加载位置。

随后，可以锁上新的铆钉。重新开始该过程。

因为该加载过程远离构件18进行，所以加载过程不必像图1伸出的那样进入到所述构造，尤其是C形支架中。

然而由于接合钳1为了再加载必须自由移动，所以铆钉的该设置过程与根据图4a至4f的过程相比用于设置铆钉的周期更长。

在这种情况下，鉴于支架保持在另一个构造上，铆钉的设置还需要，在夹具放置到构件18上之后通过底模4的驶近或与之相反的挤压来对夹具18的后退进行补偿。

如果接合钳安装在机械手上，则原则上机械手也可以提供该补偿运动。

附图标记列表

1 接合钳

2 驱动单元

3 支架

4 底模

5 铆钉头

6 铆钉输入单元

7 气动设备

7a 气动缸

7b 气动缸

8 夹具

8a 夹具接纳部

9 冲头

10a 活塞

10b 活塞

11a 气动压力腔

11b 气动压力腔

12a 止挡部

12b 止挡部

13a 压力弹簧

13b 压力弹簧

14 箭头

15 构件

16a 止挡部

16b 止挡部

17 箭头

18 构件

Claims (18)

1.一种用于设置接合元件或功能元件的装置(1)，包括：

支架(3)、布置在支架上的冲头(9)、围绕冲头(9)的夹具(8)、在支架(3)上与冲头(9)共轴对置地布置的底模(4)、用于引起冲头(9)和底模(4)的相对运动的驱动单元(2)以及控制单元，其特征在于，驱动单元(2)使底模(4)相对于支架(3)运动；以及设置有用于提供夹具的加载行程的加载设备，以便以夹具(8)预定的行程距离加载接合元件或功能元件；以及设置有施力机构，用于在设置接合元件或功能元件时，使夹具在与加载行程不同的压紧阶段以预定的压力相对工件压紧，其中，夹具(8)以通过支架上的至少一个导向柱引导的方式在支架(3)上能活动，所述至少一个导向柱包括气动驱动装置的活塞(10a、10b)，该活塞在气动缸中运动，其中，在加载行程中通过气动的施力设备提供夹具(8)的压力。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，夹具(8)的压力在压紧阶段比在加载行程中在加载行程距离上施加到夹具(8)上的压力大至少2、3、4、5倍或者更大。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在压紧阶段和/或在加载行程中通过弹性构件提供夹具(8)的压力。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，设置有用于使夹具独立的单独运动的第二驱动设备。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，设置有用于使支架(3)沿所述装置的设置轴线方向运动的补偿机构。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述冲头(9)与支架(3)牢固地连接。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，驱动单元(2)在底模侧布置在支架(3)上。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在支架处通过两个导向柱可活动地引导夹具，其中，冲头(9)在两个导向柱之间。

9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，通过气动操纵的活塞(10a、10b)能使夹具(8)运动。

10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，控制单元设计用于，使夹具(8)沿着冲头(9)朝底模(4)的方向一直运动至伸出位置，直至释放一加载开口用于输入来自输入通道的接合元件或功能元件。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，如此设计控制单元，使得夹具(8)在伸出位置中安置到工件(15)上。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，控制单元构造为使得底模(4)能够通过驱动单元(2)向工件运动并能进一步朝着在工件的另一个对置的侧面上后退的夹具(8)运动。

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制单元设计用于，在相对于冲头(9)和夹具(8)能运动的底模(4)中在底模(4)对夹具(8)施加力作用时，使夹具(8)能够在被驱动的距离上后退。

14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，控制单元设计用于，在设置过程期间或者在设置过程马上开始之前降低底模的速度。

15.一种用于利用装置(1)设置接合元件或功能元件的方法，所述装置包括：支架(3)、布置在支架(3)上的冲头(9)、围绕冲头(9)的夹具(8)、在支架(3)上与冲头(9)共轴对置地布置的底模(4)和驱动单元(2)，其特征在于，通过驱动单元(2)使底模(4)运动；以及与夹具(8)无关地，执行加载行程以利用夹具(8)的预定行程距离加载接合元件或功能元件，以及在与此不同的压紧阶段中，使夹具(8)以预定的压力在设置过程中相对工件压紧，其中，夹具(8)以通过支架上的至少一个导向柱引导的方式在支架(3)上能活动，所述至少一个导向柱包括气动驱动装置的活塞(10a、10b)，该活塞在气动缸中运动，其中，在加载行程中通过气动的施力设备提供夹具(8)的压力。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在伸出状态中，夹具(8)沿着冲头(9)朝底模(4)方向运动至加载位置，用于接纳接合元件或功能元件。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，夹具(8)在沿着冲头(9)朝底模方向伸出的状态中与工件接触，底模(4)在接触状态朝着工件或夹具(8)运动以及在此为了接合元件或功能元件的设置过程，底模(4)利用工件向后推动夹具(8)。

18.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，在加载过程之后使夹具(8)和接合元件或功能元件一起运动至驶入状态；以及使夹具(8)接触工件，底模(4)在接触状态中朝着工件或夹具(8)运动，以及在此底模(4)在压紧阶段为了接合元件或功能元件的设置过程利用工件向后推动夹具(8)。