用於彎折片材的工具系統和使用該系統的方法
2023-06-07 20:04:51
專利名稱：用於彎折片材的工具系統和使用該系統的方法
技術領域：
本發明整體涉及用於彎折片材的工具系統和使用該系統的方法。
背景技術：
彎折二維(2D)片材以形成三維(3D)結構是公知的。在2D片材中進行彎折的機械和工具也已經公知。一般地，這種機械和工具沿水平方向接納片材。例如，授予Huda等的美國專利No.4,133,198公開一種用於彎折大面積構件單元的設備。授予Iwaki等的美國專利No.4,230,058示出設置成使用金屬片生產盒形結構的設備。授予Moore的美國專利No.5,105,640公開一種使用片材形成盒形片金屬管的設備。
不利地，這種公知設備通常具有設置在水平定向的片材上方的壓制和/或夾持部件，用於夾持或者成形該片材。雖然這種部件就其目的來說是有效的，但是，這種壓制和/或夾持部件會對在夾持或彎折過程期間無意地將手指或肢體伸入這一部件或者伸入該部件與片材之間的操作者造成嚴重的身體傷害。
而且，這一公知設備通常夾持片材使得片材的主要部分懸吊在該設備上，使得懸吊部分在彎折過程期間能夠無障礙地擺動。而且，由於片材的擺動部分可能在彎折過程期間撞擊和傷害操作者，所以粗心的操作者可能會經受嚴重的身體傷害。
這種公知設備的另一優勢在於，它們通常設置為形成特定的3D結構並且需要大量的時間和成本再加工才能用於另一3D結構。
需要一種用於彎折片材的工具系統，該系統可克服公知彎折機械和工具的上述和其他缺點。
發明內容
本發明的一方面內容在於提供一種用於由二維片材形成三維結構的彎折工具系統，該二維片材包括預定的摺疊線和所述摺疊線附近的夾持孔，所述孔與所述片材的外周邊緣具有間隔。該系統包括用於將所述片材接納和支承在工作面上的工具基部；所述工具基部中的致動器狹槽；延伸穿過所述致動器狹槽的彎折致動器。所述彎折致動器包括安裝支架；連接至所述支架的夾具；和連接至所述支架的彎折臂。所述夾具在所述工具基部上方延伸並且可在開啟位置與用於將片材的一部分相對於所述工具基部固緊的固緊位置之間活動。該彎折臂可在位於所述工作面下方的初始位置與上部位置之間活動，從而向片材的未固緊部分施加力，以實現所述片材圍繞所述摺疊線的彎折。該系統還可包括用於將所述片材相對於所述工具基部定位的定位器，使得所述夾具延伸穿過所述片材的夾持孔。
所述工具基部設置成與具有邊緣形狀和預定摺疊模式的特定片材設計一起使用，其中，所述工具基部進一步包括對應於所述外周形狀的外形，用於識別工作在所述工具基部上的特定片材設計。所述系統還包括一個或多個可拆卸地附接至所述工具基部的腿部，用於支承所述工具基部並且從所述工具基部的下方連接至所述孔狹槽。所述系統還包括可拆卸地附接至所述工具基部的支座，用於將所述片材支承在所述工作面的所述工具基部上方。所述工具基部具有第一孔、第二孔和第三孔，該第一孔具有與所述定位器互補的第一尺寸和形狀，第二孔具有與所述腿部互補的第二尺寸和形狀，第三孔具有與所述支座互補的第三尺寸和形狀，由此，所述孔的各自尺寸和形狀提供所述定位器、腿部和支座的位置的可視指示。
所述支架還包括具有槽道和帶有向下面對的凸肩的相對爪，其中，所述彎折致動器的上部部分從所述工具基部的下方穿過所述致動器狹槽插入，所述槽道互鎖至所述致動器狹槽的一端，所述彎折致動器向下掉落從而將所述向下面對的凸肩抵靠所述致動器狹槽的相對端，從而將所述致動器固緊至所述工具基部。
所述彎折致動器還包括操作連接至所述彎折臂的驅動器，其中，所述驅動器的致動使所述彎折臂在所述初始位置與所述上部位置之間活動。所述驅動器操作連接至所述夾具，使得所述驅動器的致動同樣在所述開啟位置與所述接合位置之間移動所述夾具。所述驅動器可以是具有缸衝程的氣動缸，其中，所述缸衝程的第一部分產生所述夾具的運動，所述缸衝程的第二部分產生所述彎折臂的運動。所述夾具可以樞轉安裝在所述支架上並且所述彎折臂樞轉安裝在所述夾具上。所述氣動缸的一端操作連接至所述支架並且所述氣動缸的相對端操作連接至所述彎折臂。
所述片材具有預定形狀的摺疊線和鄰近每個所述摺疊線的夾持孔，在這種情況下，所述系統包括多個彎折致動器，所述彎折致動定位成沿著相應摺疊線產生彎折。所述工具基部可以包括相應於每個所述彎折致動器的對應致動器狹槽。
每個彎折致動器包括驅動器，該驅動器用於在所述初始位置與所述上部位置之間移動每個相應彎折臂，並且用於在所述開啟位置與所述接合位置之間移動相應夾具。
所述系統還包括可編程的邏輯控制器，用於控制所述驅動器的致動順序以及每個所述驅動器的制動力和停止時間。所述驅動器可以是具有缸衝程的氣動缸，所述控制器提供每個所述驅動器的雙階段致動，其中，所述驅動器控制所述缸衝程的第一部分從而形成所述夾具的運動以及控制所述缸衝程的第二部分從而形成所述彎折臂的運動。
本發明的另一方面內容，提供一種彎折工具系統，所述系統包括用於在工作面接納和支承所述片材的工具基部；用於接合所述片材的夾具，從而將所述片材的一部分相對於所述工具基部固緊；用於將所述片材相對於所述工具基部定位的定位器，使得所述夾具延伸穿過所述夾持孔；以及位於所述夾具附近的彎折臂，所述彎折臂可從位於所述工作面下方的初始位置移動至上部位置，從而向所述片材的未固緊部分施加向上的力，以圍繞所述摺疊線彎折所述片材。
彎折致動器可包括所述彎折臂，所述工具基部包括致動器狹槽，所述致動器狹槽設置成可拆卸地接納穿過所述致動器狹槽插入的所述彎折致動器的一部分。所述彎折致動器進一步包括支架，該支架還包括具有槽道和帶有向下面對的凸肩的相對爪，其中，所述彎折致動器的上部部分從下方穿過所述致動器狹槽插入，所述槽道互鎖至所述致動器狹槽的一端，所述彎折致動器向下掉落從而使所述向下面對的凸肩抵靠所述致動器狹槽的相對端，從而將所述致動器固緊至所述工具基部。
所述彎折致動器可包括操作連接至所述彎折臂的驅動器，其中，所述驅動器的致動使所述彎折臂在位於所述工作面下方的初始位置與位於所述工作面上方的上部位置之間活動。所述彎折致動器可包括所述夾具，其中，所述驅動器同樣操作連接至所述夾具，使得所述驅動器的致動同樣在沒有所述片材的開啟位置與將所述片材向下相對於所述工具基部進行保持的接合位置之間移動所述夾具。
本發明的另一方面提供一種由二維片材形成三維結構的方法，該二維片材包括預定摺疊線。所述方法包括在所述片材上鄰近所述摺疊線並且與所述片材的外周邊緣具有間隔地形成夾持孔；將所述片材定位在工具基部上，使得所述夾具延伸穿過所述夾持孔，所述片材的下表面限定所述工具基部上方的工作面；抵靠所述片材接合所述夾具，從而相對於所述工具基部固緊所述片材的一部分；以及將鄰近所述夾具定位的彎折臂從所述工作面下方的初始位置移動至上部位置，由此相對於所述片材的未固緊部分施加向上的力，從而圍繞所述摺疊線彎折所述片材。
彎折致動器可包括所述彎折臂，所述工具基部包括設置成可拆卸地接納所述彎折致動器的致動器狹槽，在這種情況下，所述方法還包括將所述彎折致動器的一部分穿過所述致動器狹槽插入並且將所述致動器固緊至所述工作基部。所述彎折致動器包括具有槽道和帶有向下面對的凸肩的相對爪的支架，在這種情況下，所述插入和固緊步驟包括將所述彎折致動器的上部部分從下方穿過所述致動器狹槽插入，將所述槽道相對於所述致動器狹槽的一端互鎖，使所述致動器向下掉落從而將所述向下面對的凸肩抵靠所述致動器狹槽的相對端，由此將所述致動器固緊至所述工具基部。
所述彎折致動器可包括操作連接至所述彎折臂的驅動器，其中，所述移動步驟通過致動所述驅動器從而將所述彎折臂從位於所述工作面下方的初始位置移動至位於所述工作面上方的上部位置而完成。所述彎折致動器包括所述夾具，所述驅動器同樣操作連接至所述彎折臂，其中，所述接合步驟通過致動所述驅動器從而將所述夾具從沒有所述片材的開啟位置移動至將所述片材向下相對於所述工具基部進行保持的接合位置而實現。
本發明的另一方面內容提供一種用於由二維片材形成三維結構的工具系統，該二維片材沿一直線摺疊，所述片材包括鄰接所述線的開口從而保持所述片材。所述系統包括用於接納和支承所述片材的支承裝置，所述裝置具有至少一個形成在其中的狹槽；延伸穿過所述狹槽的致動器裝置，所述致動器裝置包括安裝裝置；連接至所述安裝裝置的保持裝置，該保持裝置從所述支承裝置延伸並且可在一個位置與用於將所述片材的一部分相對於所述支承裝置固緊的另一位置之間移動；連接至所述安裝裝置的彎折裝置，該彎折裝置可在初始位置與另一位置之間移動，從而相對於所述支承裝置固緊所述片材的一部分；連接至所述安裝裝置的彎折裝置，該彎折裝置可在初始位置與另一位置之間移動，從而向所述片材的未固緊部分施加力，以圍繞所述線彎折所述片材；以及用於將所述片材相對於所述支承裝置定位的裝置，使得所述保持裝置延伸穿過所述片材的開口。
本發明的另一方面內容包括一種由二維片材形成三維結構的方法，該二維片材沿至少一條直線摺疊。所述方法包括一個或多個下述步驟在所述片材中鄰近所述至少一條線的位置形成開口；將所述片材定位在一支承件上，使得所述片材通過所述開保持到位；保持所述片材通過所述開口，從而將所述片材的一部分相對於所述支承件固緊；以及從一個位置向另一位置移動鄰近所述片材被保持的區域定位的彎折部件，由此向所述片金屬的未固緊部分施加力，從而圍繞所述至少一條直線彎折所述片材。
本發明的用於彎折片材的工具系統具有其它特徵和優勢，這將通過作為本發明書的一部分的附圖更詳細地說明，並與後面的本發明的詳細說明共同用於解釋本發明的原理。
圖1是根據本發明的用於彎折片材的工具系統的透視圖，該系統具有支撐多孔模塊致動器組件和其它部件的工作面。
圖2是圖1的工具系統的透視圖，具有從工作面上卸下的模塊致動器組件。
圖3是圖2的模塊致動器組件的放大透視圖。
圖4(a)、4(b)和4(c)是圖2的模塊致動器組件的示意性側平面視圖，分別示出處於初始、夾持和彎折位置的模塊致動器。
圖5(a)、5(b)和5(c)是位於圖2的模塊致動器組件上的工件的示意性側平面圖，所述視圖示出模塊致動器處於接納工件的初始位置、將工件固定至工作面的夾持位置和工具系統已經沿摺疊線摺疊工件的彎折位置。
圖6是示例性片材工件的透視圖，該工件疊置在圖1的工具基部上並且可使用圖1的工具系統摺疊成三維結構，該片材工件示出為初始的二維，並且初始狀態基本上是平面的。
圖7(a)、7(b)、7(c)、7(d)、7(e)和7(f)是位於圖1的模塊致動器組件上的圖6的工件的示意性透視圖，隨後的摺疊步驟用於將工件形成為三維結構。
具體實施例方式
下面將詳細地參照本發明的優選實施例，其實例示出在附圖中。雖然本發明結合優選實施例進行說明，但是應該理解並不意在將本發明限制在這些實施例中。相反，本發明意在覆蓋備選方案、改進方案和等同方案，它們都包括在如所附的權利要求限定的發明的精髓和範圍內。
現在參照附圖，其中在各個圖中，類似的部件使用類似的附圖標記表示，圖1示出總體由附圖標記30表示的彎折工具系統，該系統可用於將二維(2D)片材摺疊成三維(3D)形狀。
本發明的彎折工具系統尤其適合用於將具有使用各種摺疊尺寸和構造的工程摺疊線的2D片材進行彎折，這些尺寸和構造包括但不局限於授予Durney的美國專利No.6,481,259；2002年9月26日提交並且名稱為「用於精確彎折片材、狹片的方法和製造過程」的美國專利申請No.10/256,870；2003年9月26日提交並且名稱為「設計和製造精確摺疊的、高強度的、抗疲勞結構和片材的技術」的美國專利申請No.10/672,766；2004年3月3日提交並且名稱為「具有彎折控制位移的片材和形成該片材的方法」的美國專利申請No.10/795,077；2004年4月4日提交並且名稱為「設計片材摺疊線的方法」的美國專利申請No.10/821,818；2004年6月4日提交並且名稱為「設計和製造精確摺疊的、高強度的、抗疲勞結構和片材的技術」的美國專利申請No.10/861,726，這些專利和專利申請的完整內容引用結合於此。不同於公知設備，本發明的彎折工具系統允許使用2D片材以在上述專利中記載的方式圍繞部件建造3D結構。
但是，應該理解，本發明的彎折工具系統也適用於圍繞摺疊線彎折其他類型的片材，摺疊線包括但不局限於上述工程摺疊線、由劃線和/或其他適當裝置限定的預定摺疊線或預定彎折線，使用預定彎折線的片材不具有任何沿該彎折線延伸的物理結構以促使沿該彎折線彎折。
一般地，彎折工具系統30包括工具基部32和一個或多個彎折致動器33，每個彎折致動器布置成位於工件37的對應摺疊線35的下方(圖1未示出)。彎折致動器設置成將工件的一部分固緊至工具基部並且向工件的未固定部分施加力從而沿摺疊線進行彎折，下文將詳細說明。
如圖1所示，本發明的彎折工具系統30包括位於工具基部上方的小型摺疊裝置，並且尤其不包括從上方向工件施加力或壓力的裝置。因此，彎折工具系統提高了安全性，因為該系統使操作者被夾住的可能性最小化。所有的力都是從下方施加的，由此提供了更簡單、更快速和更安全的組裝模式。
工具基部32可由金屬板或其他適當結構形成，其為支承致動器33提供了穩定的基部。該工具基部可專用於特定工件，使得工具基部沿著工件的每個摺疊線定位一個或多個致動器。如果工具基部用於特定的工件設計，那麼工具基部可包括特定工件設計的外形39，由此向操作者提供可視裝置，識別工具基部所適用的工件的類型。在所示實施例中，工具基部32設置成採用Durney的美國專利申請公開No.US 2004/0134250 A1的圖28A-28E中記載和示出的方法將工件37彎折成支承諸如電子部件的部件的底盤，該申請的完整內容引用結合於此。
外形39可通過蝕刻、噴塗、列印和/或其他適當的裝置應用至工具基部32。此外，或者代替該外形，工具基部也可設置有識別凸緣40，工具基部上的邊緣碼狀件41(圖6)可蝕刻入或者標記在該邊緣上從而識別對應於特定工具基部的工件的特定線條。在所示實施例中，邊緣碼狀件採用幾何模式，但是可知邊緣碼狀件可以採用數字、字母、形狀和其他適當裝置的形狀，從而提供對應於特定工件的專門識別標誌。
如圖2所示，彎折致動器33可拆卸地由工具基部支承並且採用模塊設計，使得致動器可按照需要或者按照預定情況容易地從一個工具基部上卸下來並且安裝到另一個上。工具基部32包括用於每個彎折致動器的致動器狹槽42。在所示實施例中，彎折致動器具有「落入」設計，使得該致動器可局部地從下面穿過致動器狹槽插入並且落入到位。參照圖3和圖4(a)，每個致動器包括具有爪部46和槽道47的支架44。支架的構造允許爪部穿過致動器狹槽插入，使得槽道可滑動以與致動器狹槽的一端嚙合接觸，一旦槽道已經接納端部，那麼支架將圍繞槽道和端部樞轉，使得爪部的面向下的肩臺49抵靠工件37並且將支架44側向固定在致動器狹槽42中，如圖4(a)所示。
在所示實施例中，工具基部32由多個腿部51支承，通過該腿部連接至工具基部的下側，因此有利於彎折致動器的安裝和拆卸。腿部通過適當的裝置固緊至工具基部，該裝置包括但不局限於螺紋固緊件。應該了解，可使用其他適當裝置支承工具基部32。例如，工作檯或其他表面可設置有一開口，該開口具有周向肩臺，周向肩臺的尺寸能夠可拆卸地接納和支承工具基部。這一開口允許操作者將一個工具基部從工作檯上卸下並且按照需要使用另一工具基部將其更換。可選擇地，安裝支架或其他裝置可用於可釋放地或者永久地將工具基部直接安裝至一壁部、支架或其他結構。
繼續參照圖4(a)，支架44的一部分延伸至工具基部32上方，使得支架的上表面提供工件37可在其上定位的支承點53，由此形成與工件的下表面一致的工作面。一個或多個支座54也可設置成抵靠工件37的下側，由此相對於工作基部垂直地支承工件。這種支座尤其可用於支承工件的非直接地位於兩條摺疊線之間以及因此未受致動器支承的部分。一個或多個定位器56也可設置成將工件側向定位至工具基部32，並且尤其在支承點53上。工具基部可圍繞外形39設置多個定位器56，使得定位器基本上抵靠工件的外周側邊緣，由此側向地定位工件。
彎折工具系統30的模塊設計的優勢在於，致動器、腿部、支座、定位器或其他額外部件可容易地從工具基部32卸下，由此允許工具基部平整地存放。應該理解，腿部、支座、定位器或其他額外部件可設置成向下摺疊抵靠工具基部和/或摺疊進入工具基部，由此也允許系統平整地存放。同樣，模塊設計允許多個工具基部，每個適用於特定的工件，並且在不使用時可容易地存放。而且，模塊設計可減小工具部件的庫存。只需要存儲足夠量的致動器和部件，在必要時使用一個、兩個、三個，但是可以同時使用許多工具基部。例如，如果組件裝置具有組裝若干不同3D結構設計的能力但是只想要同時或者暫時組裝三個或四個3D結構設計，那麼該裝置一次只需要存放足夠數量的致動器和其他部件並將其設置在三個或四個工具基部上，而不是使用足夠的部件放置在所有工具基部上。
應該理解，工件的任何具體的設計將具有一個或多個預定摺疊線、確定的摺疊順序或者至少一個優選的摺疊順序和獨特的外形。例如，圖7(a)所示的工件37具有五個摺疊線35.1、35.2、35.3、35.4、35.5。在一項實施例中，摺疊順序包括沿著摺疊線35.1和35.2(圖7(b))、然後沿著摺疊線35.3(圖7(c))、摺疊線35.4(圖7(d))、最後沿著摺疊線35.5(圖7(e))同時摺疊，由此形成最終的3D結構。應該理解，沿著摺疊線35.1和35.2的摺疊可以是順序的，而非同時的。例如，可沿著摺疊線35.1摺疊，之後沿著摺疊線35.2摺疊，或者反之亦然。
應該理解，上述摺疊順序允許圍繞已經安裝在工件37上的部件57進行摺疊。例如，部件57可以是電路板、冷卻扇、或者其他在工件已經定位在工具基部上之前安裝至工件的所需部件。可選擇地，一旦工件位於工具基部上，那麼可安裝該部件。如圖7(a)至7(e)所示，這種部件安裝和所有的摺疊操作可在同一個工作檯上進行，即在工具基部32上。
工程師和設計者可決定如何沿著每個摺疊線放置一個或多個摺疊致動器33以及如何將輔助支座54和定位器56安置在基板平面上。同樣，基板平面可設置有孔58，從而容納諸如凸片60的「擺動部件」。孔提供間隙從而允許擺動部件隨著工件沿著對應的摺疊線彎折而擺動通過工具基部，例如，孔58提供用於凸片60的間隙，從而使凸片60隨著工件沿著摺疊線35.2彎折而擺動通過工具基部32，如圖7(c)中的箭頭SO所示。
工具基部也可設置有適當的夾持裝置，從而相對於工具基部32固緊工件。在所示實施例中，致動器33設置有致動器夾持鉤61，夾持鉤延伸穿過夾持孔63並且進行樞轉以將工件37相對於工具基部32固緊。夾持孔可設置在工件的理想摺疊線附近，從而提供工件的未緊固部分可圍繞其彎折的支點。
應該理解，除了夾持鉤以外，其他適當的夾持工具可替代使用。例如，作用在工件下表面的真空夾；分離於致動器的鉤夾，該鉤夾類似地延伸穿過對應的鄰近或遠離摺疊線定位的夾持孔；和/或其他適當的夾持工具可用於將工件緊固至工具基部。
在所示的實施例中，致動器33包括雙階段驅動器65，其控制夾持鉤61的移動從而將工件的一部分緊固至工具基部並且控制彎折臂67的移動從而向工件的未固緊部分68施加力以沿摺疊線進行彎折。驅動器的雙階段結構的優勢在於其可減小致動器的部件數量，由此簡化設計並且減小製造成本。
驅動器衝程的第一部分致動夾持鉤，驅動器衝程的其他部分致動彎折臂。應該理解，根據本發明可使用不同於雙階段致動器的裝置。例如，可設置第一專用致動器裝置進行彎折，以及第二專用致動器裝置進行夾持，尤其在夾持鉤以外使用分離夾持裝置或者代替夾持鉤使用分離夾持裝置的時候。應該理解，雖然所示驅動器65包括雙作用氣動缸70，但是也可以使用其他適當的致動器，包括但不局限於單作用氣動缸、單或雙作用液壓缸、電動機、線性致動器和其他適當裝置，從而實現夾持鉤和/或彎折臂的移動。
參照圖4(a)和圖5(a)，夾持鉤通過樞轉鉤72樞轉支承在支架44上，而彎折臂通過樞轉臂74樞轉支承在夾持鉤上。在初始階段，夾持鉤61偏離樞轉鉤72的中心定位(例如，中心左邊)並且因此允許工件位移至工具基部上，如圖5(a)所示。參照圖5(a)，夾持鉤61在初始階段延伸穿過夾持孔63並且因此易於接合工件37。在初始階段中，彎折臂67位於其初始縮回位置，在該位置處，彎折臂的最上部與支撐點53持平或者稍低。
隨著缸70被致動，活塞杆75向上延伸並且推動彎折臂67向上，使得彎折臂的最上部在還沒有接觸工件的情況下接觸工件37。活塞杆的持續延伸使得彎折臂經由樞轉臂74推動並且使夾持鉤61圍繞樞轉鉤72沿箭頭CH方向產生樞轉運動，由此使得夾持鉤接合工件37，如圖5(b)所示。
當夾持鉤61接合工件37時，夾持鉤被限定不進行進一步運動，因此結束夾持階段並且開始彎折階段。活塞杆75的持續延伸使得彎折臂67圍繞目前固定的樞轉臂74沿著箭頭BA的方向樞轉，直到工件37的固緊部分68彎折至理想角度，如圖5(c)所示。彎折臂67的最上部壓靠工件37的未固緊部分68，並且圍繞工件37的摺疊線進行彎折。彎折臂的最上部分可設置有接觸輥77，該輥可沿著工件的下表面在彎折期間自由地滾動。這一接觸輥防止彎折臂沿著工件進行滑動接觸並且因此最小化工件的刮擦、磨損或其他損害。
參照圖5(b)和圖5(c)，夾持鉤61設計成以向下抵靠支架44的上部的方式夾持工件37，彎折工具系統利用致動器本身上的每個折彎。因此，小扭轉負載被傳回工具基部，由此形成輕的和比較簡單的工具基部設計。
彎折致動器的尺寸和結構使工件形成特定的角度彎折。例如，在所示實施例中，彎折致動器33設置成使工件37彎折90°。但是，應該理解，致動器可進行調整，使得彎折角可通過調整驅動器的衝程或通過其他適當裝置進行調整。應該理解，致動器的壓力和停止時間也可經過調整從而進一步控制彎折操作。
也應該理解，致動器可專用於特定類型的摺疊(例如，具體角度等)、特定類型的工件(例如，工件規格、材料類型等)，或其它其他參數。例如，在一項實施例，致動器設計並且設置成彎折厚度處於大概0.020」至0.080」範圍內的片金屬。應該理解，可設置其他設置成彎折更厚規格片金屬的更大致動器，例如具有大概0.050」至0.110」範圍，或者其他更大的厚度範圍，或者其他設置成彎折更小規格片金屬的更小致動器，例如具有大概最多0.050」的厚度。此外，如果使用不同尺寸的致動器，那麼致動器狹槽可設置有專門於每個致動器尺寸的尺寸和/或形狀。這一設計將有利於組裝人員安裝彎折工具系統，因為組裝人員不需要參照組裝手冊或其他指導，只需要查看在特定工具基部中的每個致動器狹槽的尺寸和/或形狀，並且將適當尺寸的致動器插入每個致動器狹槽中。
也應該理解，工具基部可類似地編號從而促進腿部、支座、定位器和其他部件的安裝。例如，工具基部可設置有用於腿部的第一直徑孔79、用於支座的第二直徑孔81、用於定位器的第三直徑孔82等。類似地，可設置不同形狀的對應於每個部件的孔或凸緣，例如，對應於腿部的正方形孔、對應於支座的三角形孔等。孔的尺寸和/或形狀使組裝人員得知每個孔中具有的特定類型的部件，因此不需要參照圖紙安裝彎折工具系統。幾何編碼本身可告知組裝人員需要哪些部件組裝系統以及部件的數量。
致動器可通過適當的裝置控制從而控制每個致動器的壓力和停止時間，以及致動器的致動順序。例如具有16通道閥組件86的可編程邏輯控制器84設置成以任何理想的組合持續時間和/或順序控制致動器33。控制器可設置有手動過調88，從而按照需要激活一個或多個致動器，和/或安裝/關閉開關89。
如上所述，識別標誌可燒入工具基部，包括與對應工件的外形對應的輪廓。類似地，致動器命令順序，即摺疊順序可類似地應用至工具基部。這一順序標誌可用於確認在工件安裝在彎折工具系統之前彎折順序是正確順序。
應該理解，控制器的實際結構可根據本發明發生變化。例如，閥組件可設置成調節施加至每個致動器的壓力，從而調整每個致動器施加至工件的力的量。同樣，如果使用處理氣動缸之外的致動器裝置，那麼控制器可設置成激活一個或兩個作用液壓缸、電動機或者電磁線圈以及其他適當的致動器裝置。
有利地，本發明的彎折工具系統提供通過2D片材限定3D物體的簡單和安全的方法。工具系統可用在組裝環境中取代製造環境，因為其不用使用壓力致動器、連續模具和其他重機械。本發明的彎折工具系統可容易定位在組裝線中並且在各種進行成形、穿孔、雷射切割或其他操作的製造臺之後或之間。此外，彎折工具系統可位於組裝線中的各種完成臺之前或之後。
同樣，本發明的彎折工具系統允許2D片材部件直接傳送至組件空間，因此允許產品通過儘可能多的製造過程進行扁平運輸。可使用各種方法將工件饋送至工具基部，包括但並不局限於可用於將工件放置在工具基部上的上方真空輸送裝置。
彎折工具系統可用在具有各種程度勞動技能的環境中。操作者不需要熟練使用壓制踏板、連續模具和其他機械工具。本發明的彎折工具系統和方法提高了安全性，因此所有的活動部件基本上都被限制在工具基部32和工件37之下。
應該理解，本發明的彎折工具系統可用於輔助彎折片材。例如，組裝凸片可用於互鎖2D片材的摺疊部分，只要其進入3D物體，如』250申請的圖28(a)-(e)所示。即使可能使用公知設備彎折和組裝這種「凸片」式2D片材，如果不是不可能的，這也是很難的，因為在組裝過程中，這種組件凸片需要仔細地對準對應的狹槽。相反，本發明的彎折工具系統可通過提供足夠的力進行工件的彎折來幫助操作者，即使操作者可同時將凸片91與它們的對應組裝狹槽93對準(參見，例如圖7(e))。因此，彎折工具系統也可用於最大程度地減小操作者自身的努力，因此避免重複的應力損傷，諸如腕管綜合症和其他疾病。
而且，氣動缸或其他致動器裝置可經調節使得施加至工件的力足以彎折工件，但是如果操作者無意間夾住手指或肢體，也不足以導致操作者受傷。類似地，致動器裝置可經調節使得工具系統使用足夠低的力，從而不會損壞部件，諸如上述部件57。
可以預期，本發明的彎折工具系統可採用增加的摺疊速度而實現完全自動化。如果該過程是完全自動化的，例如，採用自動功架輸送和傳送，操作者不需要出現在工具基部。在這種情況下，摺疊速度可增加，因為速度的這一增加不會增加操作者受傷的可能，因為操作者不用出現在現場。因此，本發明的彎折工具系統可用於增加組件過程的通過速度。
為了解釋方便以及精確地定義所附的權利要求，用語「上」或「上部」，「下」或「下部」，「內部」和「外部」用於參照附圖所示的特徵的位置描述本發明的特徵。
本發明具體實施例的上述說明已經進行圖示和說明。它們並不是窮舉性的或者將本發明限定為所公開的精確形式，明顯地，可根據上述教導進行許多改進和變化。已經選擇和描述各實施例從而清楚地說明本發明的遠離和實際應用，由此使本領域技術人員最好地使用本發明和各種實施例，各種改進適用於特定的用途。本發明的範圍由所附的權利要求和它們的等同內容限定。
權利要求
1.一種用於由二維片材形成三維結構的彎折工具系統，該二維片材包括預定的摺疊線和所述摺疊線附近的夾持孔，所述孔與所述片材的外周邊緣具有間隔，所述系統包括用於將所述片材接納和支承在工作面上的工具基部，所述工具基部具有致動器狹槽；延伸穿過所述致動器狹槽的彎折致動器，所述彎折致動器包括安裝支架；在所述工作面下方連接至所述支架的夾具，所述夾具在所述工具基部上方延伸並且可在開啟位置與用於將片材的一部分相對於所述工具基部固緊的固緊位置之間活動；在所述工作面下方連接至所述支架的彎折臂，該彎折臂可在位於所述工作面下方的初始位置與上部位置之間活動，從而向片材的未固緊部分施加力，以實現所述片材圍繞所述摺疊線的彎折；以及用於將所述片材相對於所述工具基部定位的定位器，使得所述夾具延伸穿過所述片材的夾持孔。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述工具基部設置成與具有邊緣形狀和預定摺疊模式的特定片材設計一起使用，其中，所述工具基部進一步包括對應於所述外周形狀的外形，用於識別工作在所述工具基部上的特定片材設計。
3.根據權利要求1所述的系統，所述系統還包括一個或多個可拆卸地附接至所述工具基部的腿部，用於支承所述工具基部並且從所述工具基部的下方連接至所述孔狹槽。
4.根據權利要求3所述的系統，所述系統還包括可拆卸地附接至所述工具基部的支座，用於將所述片材支承在所述工作面的所述工具基部上方。
5.根據權利要求4所述的系統，其中，所述工具基部具有第一孔、第二孔和第三孔，該第一孔具有與所述定位器互補的第一尺寸和形狀，第二孔具有與所述腿部互補的第二尺寸和形狀，第三孔具有與所述支座互補的第三尺寸和形狀，由此，所述孔的各自尺寸和形狀提供所述定位器、腿部和支座的位置的可視指示。
6.根據權利要求1所述的系統，其中，所述支架還包括具有槽道和帶有向下面對的凸肩的相對爪，其中，所述彎折致動器的上部部分從所述工具基部的下方穿過所述致動器狹槽插入，所述槽道互鎖至所述致動器狹槽的一端，所述彎折致動器向下掉落從而將所述向下面對的凸肩抵靠所述致動器狹槽的相對端，從而將所述致動器固緊至所述工具基部。
7.根據權利要求1所述的系統，所述彎折致動器還包括操作連接至所述彎折臂的驅動器，其中，所述驅動器的致動使所述彎折臂在所述初始位置與所述上部位置之間活動。
8.根據權利要求7所述的系統，其中，所述驅動器同樣操作連接至所述夾具，使得所述驅動器的致動同樣在所述開啟位置與所述接合位置之間移動所述夾具。
9.根據權利要求8所述的系統，其中，所述驅動器是具有缸衝程的氣動缸，其中，所述缸衝程的第一部分產生所述夾具的運動，所述缸衝程的第二部分產生所述彎折臂的運動。
10.根據權利要求9所述的系統，其中，所述夾具樞轉安裝在所述支架上並且所述彎折臂樞轉安裝在所述夾具上。
11.根據權利要求10所述的系統，其中，所述氣動缸的一端操作連接至所述支架並且所述氣動缸的相對端操作連接至所述彎折臂。
12.根據權利要求1所述的系統，其中，所述片材具有預定形狀的摺疊線和鄰近每個所述摺疊線的夾持孔，所述系統包括多個彎折致動器，所述彎折致動定位成沿著相應摺疊線產生彎折，所述工具基部包括相應於每個所述彎折致動器的對應致動器狹槽。
13.根據權利要求12所述的系統，其中，每個彎折致動器包括驅動器，該驅動器用於在所述初始位置與所述上部位置之間移動每個相應彎折臂，並且用於在所述開啟位置與所述接合位置之間移動相應的夾具。
14.根據權利要求13所述的系統，其中，所述系統還包括可編程的邏輯控制器，用於控制所述驅動器的致動順序以及每個所述驅動器的制動力和停止時間。
15.根據權利要求14所述的系統，其中，每個所述驅動器是具有缸衝程的氣動缸，其中，所述控制器提供每個所述驅動器的雙階段致動，其中，所述驅動器控制所述缸衝程的第一部分從而形成所述夾具的運動以及控制所述缸衝程的第二部分從而形成所述彎折臂的運動。
16.一種用於由二維片材形成三維結構的彎折工具系統，該二維片材包括預定的摺疊線和鄰接所述摺疊線並且與所述片材的外周邊緣具有間隔的夾持孔，所述系統包括用於在工作面接納和支承所述片材的工具基部；用於接合所述片材的夾具，從而將所述片材的一部分相對於所述工具基部固緊；用於將所述片材相對於所述工具基部定位的定位器，使得所述夾具延伸穿過所述夾持孔；以及位於所述夾具附近的彎折臂，所述彎折臂可從位於所述工作面下方的初始位置移動至上部位置，從而向所述片材的未固緊部分施加向上的力，以圍繞所述摺疊線彎折所述片材。
17.根據權利要求16所述的系統，還包括具有所述彎折臂的彎折致動器，其中，所述工具基部包括致動器狹槽，所述致動器狹槽設置成可拆卸地接納穿過所述致動器狹槽插入的所述彎折致動器的一部分。
18.根據權利要求17所述的系統，其中，所述彎折致動器進一步包括支架，該支架還包括具有槽道和帶有向下面對的凸肩的相對爪，其中，所述彎折致動器的上部部分從下方穿過所述致動器狹槽插入，所述槽道互鎖至所述致動器狹槽的一端，所述彎折致動器向下掉落從而使所述向下面對的凸肩抵靠所述致動器狹槽的相對端，從而將所述致動器固緊至所述工具基部。
19.根據權利要求18所述的系統，所述彎折致動器還包括操作連接至所述彎折臂的驅動器，其中，所述驅動器的致動使所述彎折臂在位於所述工作面下方的初始位置與位於所述工作面上方的上部位置之間活動。
20.根據權利要求19所述的系統，所述彎折致動器還包括所述夾具，其中，所述驅動器同樣操作連接至所述夾具，使得所述驅動器的致動同樣在沒有所述片材的開啟位置與將所述片材向下相對於所述工具基部進行保持的接合位置之間移動所述夾具。
21.一種由二維片材形成三維結構的方法，該二維片材包括預定摺疊線，所述方法包括在所述片材上鄰近所述摺疊線並且與所述片材的外周邊緣具有間隔地形成夾持孔；將所述片材定位在工具基部上，使得所述夾具延伸穿過所述夾持孔，所述片材的下表面限定所述工具基部上方的工作面；抵靠所述片材接合所述夾具，從而相對於所述工具基部固緊所述片材的一部分；以及將鄰近所述夾具定位的彎折臂從所述工作面下方的初始位置移動至上部位置，由此相對於所述片材的未固緊部分施加向上的力，從而圍繞所述摺疊線彎折所述片材。
22.根據權利要求21所述的方法，其中，彎折致動器包括所述彎折臂，所述工具基部包括設置成可拆卸地接納所述彎折致動器的致動器狹槽，所述方法還包括將所述彎折致動器的一部分穿過所述致動器狹槽插入並且將所述致動器固緊至所述工作基部。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，所述彎折致動器包括具有槽道和帶有向下面對的凸肩的相對爪的支架，所述插入和固緊步驟包括將所述彎折致動器的上部部分從下方穿過所述致動器狹槽插入，將所述槽道相對於所述致動器狹槽的一端互鎖，使所述彎折致動器向下掉落從而將所述向下面對的凸肩抵靠所述致動器狹槽的相對端，由此將所述致動器固緊至所述工具基部。
24.根據權利要求23所述的方法，其中，所述彎折致動器包括操作連接至所述彎折臂的驅動器，其中，所述移動步驟通過使所述驅動器致動從而將所述彎折臂從位於所述工作面下方的初始位置移動至位於所述工作面上方的上部位置而完成。
25.根據權利要求24所述的方法，其中，所述彎折致動器包括所述夾具，所述驅動器同樣操作連接至所述彎折臂，其中，所述接合步驟通過致動所述驅動器從而將所述夾具從沒有所述片材的開啟位置移動至將所述片材向下相對於所述工具基部進行保持的接合位置而實現。
26.一種用於由二維片材形成三維結構的工具系統，該二維片材沿一直線摺疊，所述片材包括鄰接所述線的開口從而保持所述片材，所述系統包括用於接納和支承所述片材的支承裝置，所述裝置具有至少一個形成在其中的狹槽；延伸穿過所述狹槽的致動器裝置，所述致動器裝置包括安裝裝置；連接至所述安裝裝置的保持裝置，該保持裝置從所述支承裝置延伸並且可在一個位置與用於將所述片材的一部分相對於所述支承裝置固緊的另一位置之間移動；連接至所述安裝裝置的彎折裝置，該彎折裝置可在初始位置與另一位置之間移動，從而相對於所述支承裝置固緊所述片材的一部分；連接至所述安裝裝置的彎折裝置，該彎折裝置可在初始位置與另一位置之間移動，從而向所述片材的未固緊部分施加力，以圍繞所述線彎折所述片材；以及用於將所述片材相對於所述支承裝置定位的裝置，使得所述保持裝置延伸穿過所述片材的開口。
27.一種由二維片材形成三維結構的方法，該二維片材沿至少一條直線摺疊，所述方法包括在所述片材中鄰近所述至少一條線的位置形成開口；將所述片材定位在一支承件上，使得所述片材通過所述開口保持到位；保持所述片材通過所述開口，從而將所述片材的一部分相對於所述支承件固緊；以及從一個位置向另一位置移動鄰近所述片材被保持的區域定位的彎折部件，由此向所述片金屬的未固緊部分施加力，從而圍繞所述至少一條直線彎折所述片材。
全文摘要
一種彎折工具系統設置成由包括預定的摺疊線的二維片材形成三維結構。該系統包括用於將所述片材接納和支承在工作面上的工具基部；用於抵靠片材接合的夾具，該夾具相對於工具基部固緊片材的一部分；用於將片材相對於工具基部定位的定位器，使得夾具延伸穿過夾持孔；和鄰近該夾具定位的彎折臂，該彎折臂可從位於所述工作面下方的初始位置移動至上部位置，從而向片金屬的未固緊部分施加向上的力，以實現片材圍繞摺疊線的彎折。同樣記載一種使用用於彎折片材的工具系統的方法。
文檔編號B21D11/00GK101056724SQ200580038294
公開日2007年10月17日 申請日期2005年9月8日 優先權日2004年9月10日
發明者馬克斯·W·德尼 申請人:奧裡加米工業有限責任公司