專利名稱：用于彎折片材的工具系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及用于彎折片材的工具系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
彎折二維(2D)片材以形成三維(3D)結(jié)構(gòu)是公知的。在2D片材中進行彎折的機械和工具也已經(jīng)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公開一種用于彎折大面積構(gòu)件單元的設(shè)備。授予Iwaki等的美國專利No.4,230,058示出設(shè)置成使用金屬片生產(chǎn)盒形結(jié)構(gòu)的設(shè)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(shè)備。
不利地，這種公知設(shè)備通常具有設(shè)置在水平定向的片材上方的壓制和/或夾持部件，用于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(shè)備通常夾持片材使得片材的主要部分懸吊在該設(shè)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，由于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(jīng)受嚴重的身體傷害。
這種公知設(shè)備的另一優(yōu)勢在于，它們通常設(shè)置為形成特定的3D結(jié)構(gòu)并且需要大量的時間和成本再加工才能用于另一3D結(jié)構(gòu)。
需要一種用于彎折片材的工具系統(tǒng)，該系統(tǒng)可克服公知彎折機械和工具的上述和其他缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面內(nèi)容在于提供一種用于由二維片材形成三維結(jié)構(gòu)的彎折工具系統(tǒng)，該二維片材包括預定的折疊線和所述折疊線附近的夾持孔，所述孔與所述片材的外周邊緣具有間隔。該系統(tǒng)包括用于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并且可在開啟位置與用于將片材的一部分相對于所述工具基部固緊的固緊位置之間活動。該彎折臂可在位于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(xiàn)所述片材圍繞所述折疊線的彎折。該系統(tǒng)還可包括用于將所述片材相對于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(shè)置成與具有邊緣形狀和預定折疊模式的特定片材設(shè)計一起使用，其中，所述工具基部進一步包括對應于所述外周形狀的外形，用于識別工作在所述工具基部上的特定片材設(shè)計。所述系統(tǒng)還包括一個或多個可拆卸地附接至所述工具基部的腿部，用于支承所述工具基部并且從所述工具基部的下方連接至所述孔狹槽。所述系統(tǒng)還包括可拆卸地附接至所述工具基部的支座，用于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(qū)動器，其中，所述驅(qū)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(qū)動器操作連接至所述夾具，使得所述驅(qū)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(qū)動器可以是具有缸沖程的氣動缸，其中，所述缸沖程的第一部分產(chǎn)生所述夾具的運動，所述缸沖程的第二部分產(chǎn)生所述彎折臂的運動。所述夾具可以樞轉(zhuǎn)安裝在所述支架上并且所述彎折臂樞轉(zhuǎn)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并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折疊線和鄰近每個所述折疊線的夾持孔，在這種情況下，所述系統(tǒng)包括多個彎折致動器，所述彎折致動定位成沿著相應折疊線產(chǎn)生彎折。所述工具基部可以包括相應于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(qū)動器，該驅(qū)動器用于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，并且用于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(tǒng)還包括可編程的邏輯控制器，用于控制所述驅(qū)動器的致動順序以及每個所述驅(qū)動器的制動力和停止時間。所述驅(qū)動器可以是具有缸沖程的氣動缸，所述控制器提供每個所述驅(qū)動器的雙階段致動，其中，所述驅(qū)動器控制所述缸沖程的第一部分從而形成所述夾具的運動以及控制所述缸沖程的第二部分從而形成所述彎折臂的運動。
本發(fā)明的另一方面內(nèi)容，提供一種彎折工具系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于在工作面接納和支承所述片材的工具基部；用于接合所述片材的夾具，從而將所述片材的一部分相對于所述工具基部固緊；用于將所述片材相對于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；以及位于所述夾具附近的彎折臂，所述彎折臂可從位于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，以圍繞所述折疊線彎折所述片材。
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(shè)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(qū)動器，其中，所述驅(qū)動器的致動使所述彎折臂在位于所述工作面下方的初始位置與位于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(qū)動器同樣操作連接至所述夾具，使得所述驅(qū)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于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(fā)明的另一方面提供一種由二維片材形成三維結(jié)構(gòu)的方法，該二維片材包括預定折疊線。所述方法包括在所述片材上鄰近所述折疊線并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，從而相對于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，由此相對于所述片材的未固緊部分施加向上的力，從而圍繞所述折疊線彎折所述片材。
彎折致動器可包括所述彎折臂，所述工具基部包括設(shè)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并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，將所述槽道相對于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(qū)動器，其中，所述移動步驟通過致動所述驅(qū)動器從而將所述彎折臂從位于所述工作面下方的初始位置移動至位于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(qū)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(qū)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于所述工具基部進行保持的接合位置而實現(xiàn)。
本發(fā)明的另一方面內(nèi)容提供一種用于由二維片材形成三維結(jié)構(gòu)的工具系統(tǒng)，該二維片材沿一直線折疊，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(tǒng)包括用于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并且可在一個位置與用于將所述片材的一部分相對于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，從而相對于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；以及用于將所述片材相對于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(fā)明的另一方面內(nèi)容包括一種由二維片材形成三維結(jié)構(gòu)的方法，該二維片材沿至少一條直線折疊。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于所述支承件固緊；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(qū)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(fā)明的用于彎折片材的工具系統(tǒng)具有其它特征和優(yōu)勢，這將通過作為本發(fā)明書的一部分的附圖更詳細地說明，并與后面的本發(fā)明的詳細說明共同用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于彎折片材的工具系統(tǒng)的透視圖，該系統(tǒng)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(tǒng)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(cè)平面視圖，分別示出處于初始、夾持和彎折位置的模塊致動器。
圖5(a)、5(b)和5(c)是位于圖2的模塊致動器組件上的工件的示意性側(cè)平面圖，所述視圖示出模塊致動器處于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(tǒng)已經(jīng)沿折疊線折疊工件的彎折位置。
圖6是示例性片材工件的透視圖，該工件疊置在圖1的工具基部上并且可使用圖1的工具系統(tǒng)折疊成三維結(jié)構(gòu)，該片材工件示出為初始的二維，并且初始狀態(tài)基本上是平面的。
圖7(a)、7(b)、7(c)、7(d)、7(e)和7(f)是位于圖1的模塊致動器組件上的圖6的工件的示意性透視圖，隨后的折疊步驟用于將工件形成為三維結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
下面將詳細地參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其實例示出在附圖中。雖然本發(fā)明結(jié)合優(yōu)選實施例進行說明，但是應該理解并不意在將本發(fā)明限制在這些實施例中。相反，本發(fā)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(quán)利要求限定的發(fā)明的精髓和范圍內(nèi)。
現(xiàn)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(tǒng)，該系統(tǒng)可用于將二維(2D)片材折疊成三維(3D)形狀。
本發(fā)明的彎折工具系統(tǒng)尤其適合用于將具有使用各種折疊尺寸和構(gòu)造的工程折疊線的2D片材進行彎折，這些尺寸和構(gòu)造包括但不局限于授予Durney的美國專利No.6,481,259；2002年9月26日提交并且名稱為“用于精確彎折片材、狹片的方法和制造過程”的美國專利申請No.10/256,870；2003年9月26日提交并且名稱為“設(shè)計和制造精確折疊的、高強度的、抗疲勞結(jié)構(gòu)和片材的技術(shù)”的美國專利申請No.10/672,766；2004年3月3日提交并且名稱為“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日提交并且名稱為“設(shè)計片材折疊線的方法”的美國專利申請No.10/821,818；2004年6月4日提交并且名稱為“設(shè)計和制造精確折疊的、高強度的、抗疲勞結(jié)構(gòu)和片材的技術(shù)”的美國專利申請No.10/861,726，這些專利和專利申請的完整內(nèi)容引用結(jié)合于此。不同于公知設(shè)備，本發(fā)明的彎折工具系統(tǒng)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(jié)構(gòu)。
但是，應該理解，本發(fā)明的彎折工具系統(tǒng)也適用于圍繞折疊線彎折其他類型的片材，折疊線包括但不局限于上述工程折疊線、由劃線和/或其他適當裝置限定的預定折疊線或預定彎折線，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(jié)構(gòu)以促使沿該彎折線彎折。
一般地，彎折工具系統(tǒng)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于工件37的對應折疊線35的下方(圖1未示出)。彎折致動器設(shè)置成將工件的一部分固緊至工具基部并且向工件的未固定部分施加力從而沿折疊線進行彎折，下文將詳細說明。
如圖1所示，本發(fā)明的彎折工具系統(tǒng)30包括位于工具基部上方的小型折疊裝置，并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(tǒng)提高了安全性，因為該系統(tǒng)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(jié)構(gòu)形成，其為支承致動器33提供了穩(wěn)定的基部。該工具基部可專用于特定工件，使得工具基部沿著工件的每個折疊線定位一個或多個致動器。如果工具基部用于特定的工件設(shè)計，那么工具基部可包括特定工件設(shè)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(shè)置成采用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(nèi)容引用結(jié)合于此。
外形39可通過蝕刻、噴涂、打印和/或其他適當?shù)难b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(shè)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于特定工具基部的工件的特定線條。在所示實施例中，邊緣碼狀件采用幾何模式，但是可知邊緣碼狀件可以采用數(shù)字、字母、形狀和其他適當裝置的形狀，從而提供對應于特定工件的專門識別標志。
如圖2所示，彎折致動器33可拆卸地由工具基部支承并且采用模塊設(shè)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并且安裝到另一個上。工具基部32包括用于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(shè)計，使得該致動器可局部地從下面穿過致動器狹槽插入并且落入到位。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(gòu)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(jīng)接納端部，那么支架將圍繞槽道和端部樞轉(zhuǎn)，使得爪部的面向下的肩臺49抵靠工件37并且將支架44側(cè)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(cè)，因此有利于彎折致動器的安裝和拆卸。腿部通過適當?shù)难b置固緊至工具基部，該裝置包括但不局限于螺紋固緊件。應該了解，可使用其他適當裝置支承工具基部32。例如，工作臺或其他表面可設(shè)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臺上卸下并且按照需要使用另一工具基部將其更換?？蛇x擇地，安裝支架或其他裝置可用于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(jié)構(gòu)。
繼續(xù)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(shè)置成抵靠工件37的下側(cè)，由此相對于工作基部垂直地支承工件。這種支座尤其可用于支承工件的非直接地位于兩條折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(shè)置成將工件側(cè)向定位至工具基部32，并且尤其在支承點53上。工具基部可圍繞外形39設(shè)置多個定位器56，使得定位器基本上抵靠工件的外周側(cè)邊緣，由此側(cè)向地定位工件。
彎折工具系統(tǒng)30的模塊設(shè)計的優(yōu)勢在于，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(shè)置成向下折疊抵靠工具基部和/或折疊進入工具基部，由此也允許系統(tǒng)平整地存放。同樣，模塊設(shè)計允許多個工具基部，每個適用于特定的工件，并且在不使用時可容易地存放。而且，模塊設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計的能力但是只想要同時或者暫時組裝三個或四個3D結(jié)構(gòu)設(shè)計，那么該裝置一次只需要存放足夠數(shù)量的致動器和其他部件并將其設(shè)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(shè)計將具有一個或多個預定折疊線、確定的折疊順序或者至少一個優(yōu)選的折疊順序和獨特的外形。例如，圖7(a)所示的工件37具有五個折疊線35.1、35.2、35.3、35.4、35.5。在一項實施例中，折疊順序包括沿著折疊線35.1和35.2(圖7(b))、然后沿著折疊線35.3(圖7(c))、折疊線35.4(圖7(d))、最后沿著折疊線35.5(圖7(e))同時折疊，由此形成最終的3D結(jié)構(gòu)。應該理解，沿著折疊線35.1和35.2的折疊可以是順序的，而非同時的。例如，可沿著折疊線35.1折疊，之后沿著折疊線35.2折疊，或者反之亦然。
應該理解，上述折疊順序允許圍繞已經(jīng)安裝在工件37上的部件57進行折疊。例如，部件57可以是電路板、冷卻扇、或者其他在工件已經(jīng)定位在工具基部上之前安裝至工件的所需部件。可選擇地，一旦工件位于工具基部上，那么可安裝該部件。如圖7(a)至7(e)所示，這種部件安裝和所有的折疊操作可在同一個工作臺上進行，即在工具基部32上。
工程師和設(shè)計者可決定如何沿著每個折疊線放置一個或多個折疊致動器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(shè)置有孔58，從而容納諸如凸片60的“擺動部件”?？滋峁╅g隙從而允許擺動部件隨著工件沿著對應的折疊線彎折而擺動通過工具基部，例如，孔58提供用于凸片60的間隙，從而使凸片60隨著工件沿著折疊線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(shè)置有適當?shù)膴A持裝置，從而相對于工具基部32固緊工件。在所示實施例中，致動器33設(shè)置有致動器夾持鉤61，夾持鉤延伸穿過夾持孔63并且進行樞轉(zhuǎn)以將工件37相對于工具基部32固緊。夾持孔可設(shè)置在工件的理想折疊線附近，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?shù)膴A持工具可替代使用。例如，作用在工件下表面的真空夾；分離于致動器的鉤夾，該鉤夾類似地延伸穿過對應的鄰近或遠離折疊線定位的夾持孔；和/或其他適當?shù)膴A持工具可用于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(qū)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并且控制彎折臂67的移動從而向工件的未固緊部分68施加力以沿折疊線進行彎折。驅(qū)動器的雙階段結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于其可減小致動器的部件數(shù)量，由此簡化設(shè)計并且減小制造成本。
驅(qū)動器沖程的第一部分致動夾持鉤，驅(qū)動器沖程的其他部分致動彎折臂。應該理解，根據(jù)本發(fā)明可使用不同于雙階段致動器的裝置。例如，可設(shè)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(qū)動器65包括雙作用氣動缸70，但是也可以使用其他適當?shù)闹聞悠鳎ǖ痪窒抻趩巫饔脷鈩痈?、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(xiàn)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(zhuǎn)鉤72樞轉(zhuǎn)支承在支架44上，而彎折臂通過樞轉(zhuǎn)臂74樞轉(zhuǎn)支承在夾持鉤上。在初始階段，夾持鉤61偏離樞轉(zhuǎn)鉤72的中心定位(例如，中心左邊)并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并且因此易于接合工件37。在初始階段中，彎折臂67位于其初始縮回位置，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，活塞桿75向上延伸并且推動彎折臂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?；钊麠U的持續(xù)延伸使得彎折臂經(jīng)由樞轉(zhuǎn)臂74推動并且使夾持鉤61圍繞樞轉(zhuǎn)鉤72沿箭頭CH方向產(chǎn)生樞轉(zhuǎn)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(jié)束夾持階段并且開始彎折階段?；钊麠U75的持續(xù)延伸使得彎折臂67圍繞目前固定的樞轉(zhuǎn)臂74沿著箭頭BA的方向樞轉(zhuǎn)，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，并且圍繞工件37的折疊線進行彎折。彎折臂的最上部分可設(shè)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并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(shè)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(tǒng)利用致動器本身上的每個折彎。因此，小扭轉(zhuǎn)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(shè)計。
彎折致動器的尺寸和結(jié)構(gòu)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(shè)置成使工件37彎折90°。但是，應該理解，致動器可進行調(diào)整，使得彎折角可通過調(diào)整驅(qū)動器的沖程或通過其他適當裝置進行調(diào)整。應該理解，致動器的壓力和停止時間也可經(jīng)過調(diào)整從而進一步控制彎折操作。
也應該理解，致動器可專用于特定類型的折疊(例如，具體角度等)、特定類型的工件(例如，工件規(guī)格、材料類型等)，或其它其他參數(shù)。例如，在一項實施例，致動器設(shè)計并且設(shè)置成彎折厚度處于大概0.020”至0.080”范圍內(nèi)的片金屬。應該理解，可設(shè)置其他設(shè)置成彎折更厚規(guī)格片金屬的更大致動器，例如具有大概0.050”至0.110”范圍，或者其他更大的厚度范圍，或者其他設(shè)置成彎折更小規(guī)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，那么致動器狹槽可設(shè)置有專門于每個致動器尺寸的尺寸和/或形狀。這一設(shè)計將有利于組裝人員安裝彎折工具系統(tǒng)，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，并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(shè)置有用于腿部的第一直徑孔79、用于支座的第二直徑孔81、用于定位器的第三直徑孔82等。類似地，可設(shè)置不同形狀的對應于每個部件的孔或凸緣，例如，對應于腿部的正方形孔、對應于支座的三角形孔等?？椎某叽绾?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(tǒng)。幾何編碼本身可告知組裝人員需要哪些部件組裝系統(tǒng)以及部件的數(shù)量。
致動器可通過適當?shù)难b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(shè)置成以任何理想的組合持續(xù)時間和/或順序控制致動器33?？刂破骺稍O(shè)置有手動過調(diào)88，從而按照需要激活一個或多個致動器，和/或安裝/關(guān)閉開關(guān)89。
如上所述，識別標志可燒入工具基部，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，即折疊順序可類似地應用至工具基部。這一順序標志可用于確認在工件安裝在彎折工具系統(tǒng)之前彎折順序是正確順序。
應該理解，控制器的實際結(jié)構(gòu)可根據(jù)本發(fā)明發(fā)生變化。例如，閥組件可設(shè)置成調(diào)節(jié)施加至每個致動器的壓力，從而調(diào)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，那么控制器可設(shè)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?shù)闹聞悠餮b置。
有利地，本發(fā)明的彎折工具系統(tǒng)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(tǒng)可用在組裝環(huán)境中取代制造環(huán)境，因為其不用使用壓力致動器、連續(xù)模具和其他重機械。本發(fā)明的彎折工具系統(tǒng)可容易定位在組裝線中并且在各種進行成形、穿孔、激光切割或其他操作的制造臺之后或之間。此外，彎折工具系統(tǒng)可位于組裝線中的各種完成臺之前或之后。
同樣，本發(fā)明的彎折工具系統(tǒng)允許2D片材部件直接傳送至組件空間，因此允許產(chǎn)品通過盡可能多的制造過程進行扁平運輸?？墒褂酶鞣N方法將工件饋送至工具基部，包括但并不局限于可用于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(tǒng)可用在具有各種程度勞動技能的環(huán)境中。操作者不需要熟練使用壓制踏板、連續(xù)模具和其他機械工具。本發(fā)明的彎折工具系統(tǒng)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(fā)明的彎折工具系統(tǒng)可用于輔助彎折片材。例如，組裝凸片可用于互鎖2D片材的折疊部分，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(shè)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(fā)明的彎折工具系統(tǒng)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(tǒng)也可用于最大程度地減小操作者自身的努力，因此避免重復的應力損傷，諸如腕管綜合癥和其他疾病。
而且，氣動缸或其他致動器裝置可經(jīng)調(diào)節(jié)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(jīng)調(diào)節(jié)使得工具系統(tǒng)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(fā)明的彎折工具系統(tǒng)可采用增加的折疊速度而實現(xiàn)完全自動化。如果該過程是完全自動化的，例如，采用自動功架輸送和傳送，操作者不需要出現(xiàn)在工具基部。在這種情況下，折疊速度可增加，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(xiàn)在現(xiàn)場。因此，本發(fā)明的彎折工具系統(tǒng)可用于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(quán)利要求，用語“上”或“上部”，“下”或“下部”，“內(nèi)部”和“外部”用于參照附圖所示的特征的位置描述本發(fā)明的特征。
本發(fā)明具體實施例的上述說明已經(jīng)進行圖示和說明。它們并不是窮舉性的或者將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，明顯地，可根據(jù)上述教導進行許多改進和變化。已經(jīng)選擇和描述各實施例從而清楚地說明本發(fā)明的遠離和實際應用，由此使本領(lǐng)域技術(shù)人員最好地使用本發(fā)明和各種實施例，各種改進適用于特定的用途。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求和它們的等同內(nèi)容限定。
權(quán)利要求
1.一種用于由二維片材形成三維結(jié)構(gòu)的彎折工具系統(tǒng)，該二維片材包括預定的折疊線和所述折疊線附近的夾持孔，所述孔與所述片材的外周邊緣具有間隔，所述系統(tǒng)包括用于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并且可在開啟位置與用于將片材的一部分相對于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，該彎折臂可在位于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(xiàn)所述片材圍繞所述折疊線的彎折；以及用于將所述片材相對于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(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述工具基部設(shè)置成與具有邊緣形狀和預定折疊模式的特定片材設(shè)計一起使用，其中，所述工具基部進一步包括對應于所述外周形狀的外形，用于識別工作在所述工具基部上的特定片材設(shè)計。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括一個或多個可拆卸地附接至所述工具基部的腿部，用于支承所述工具基部并且從所述工具基部的下方連接至所述孔狹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括可拆卸地附接至所述工具基部的支座，用于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(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述彎折致動器還包括操作連接至所述彎折臂的驅(qū)動器，其中，所述驅(qū)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(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動器同樣操作連接至所述夾具，使得所述驅(qū)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(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動器是具有缸沖程的氣動缸，其中，所述缸沖程的第一部分產(chǎn)生所述夾具的運動，所述缸沖程的第二部分產(chǎn)生所述彎折臂的運動。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述夾具樞轉(zhuǎn)安裝在所述支架上并且所述彎折臂樞轉(zhuǎn)安裝在所述夾具上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述氣動缸的一端操作連接至所述支架并且所述氣動缸的相對端操作連接至所述彎折臂。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述片材具有預定形狀的折疊線和鄰近每個所述折疊線的夾持孔，所述系統(tǒng)包括多個彎折致動器，所述彎折致動定位成沿著相應折疊線產(chǎn)生彎折，所述工具基部包括相應于每個所述彎折致動器的對應致動器狹槽。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，每個彎折致動器包括驅(qū)動器，該驅(qū)動器用于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，并且用于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(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括可編程的邏輯控制器，用于控制所述驅(qū)動器的致動順序以及每個所述驅(qū)動器的制動力和停止時間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，每個所述驅(qū)動器是具有缸沖程的氣動缸，其中，所述控制器提供每個所述驅(qū)動器的雙階段致動，其中，所述驅(qū)動器控制所述缸沖程的第一部分從而形成所述夾具的運動以及控制所述缸沖程的第二部分從而形成所述彎折臂的運動。
16.一種用于由二維片材形成三維結(jié)構(gòu)的彎折工具系統(tǒng)，該二維片材包括預定的折疊線和鄰接所述折疊線并且與所述片材的外周邊緣具有間隔的夾持孔，所述系統(tǒng)包括用于在工作面接納和支承所述片材的工具基部；用于接合所述片材的夾具，從而將所述片材的一部分相對于所述工具基部固緊；用于將所述片材相對于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；以及位于所述夾具附近的彎折臂，所述彎折臂可從位于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，以圍繞所述折疊線彎折所述片材。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，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(shè)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(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，所述彎折致動器還包括操作連接至所述彎折臂的驅(qū)動器，其中，所述驅(qū)動器的致動使所述彎折臂在位于所述工作面下方的初始位置與位于所述工作面上方的上部位置之間活動。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，所述彎折致動器還包括所述夾具，其中，所述驅(qū)動器同樣操作連接至所述夾具，使得所述驅(qū)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于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(jié)構(gòu)的方法，該二維片材包括預定折疊線，所述方法包括在所述片材上鄰近所述折疊線并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，從而相對于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，由此相對于所述片材的未固緊部分施加向上的力，從而圍繞所述折疊線彎折所述片材。
22.根據(jù)權(quán)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(shè)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并且將所述致動器固緊至所述工作基部。
23.根據(jù)權(quán)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，將所述槽道相對于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(jù)權(quán)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(qū)動器，其中，所述移動步驟通過使所述驅(qū)動器致動從而將所述彎折臂從位于所述工作面下方的初始位置移動至位于所述工作面上方的上部位置而完成。
25.根據(jù)權(quán)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(qū)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(qū)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于所述工具基部進行保持的接合位置而實現(xiàn)。
26.一種用于由二維片材形成三維結(jié)構(gòu)的工具系統(tǒng)，該二維片材沿一直線折疊，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(tǒng)包括用于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并且可在一個位置與用于將所述片材的一部分相對于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，從而相對于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；以及用于將所述片材相對于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(jié)構(gòu)的方法，該二維片材沿至少一條直線折疊，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于所述支承件固緊；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(qū)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(tǒng)設(shè)置成由包括預定的折疊線的二維片材形成三維結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)包括用于將所述片材接納和支承在工作面上的工具基部；用于抵靠片材接合的夾具，該夾具相對于工具基部固緊片材的一部分；用于將片材相對于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，該彎折臂可從位于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(xiàn)片材圍繞折疊線的彎折。同樣記載一種使用用于彎折片材的工具系統(tǒng)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(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者馬克斯·W·德尼 申請人:奧里加米工業(yè)有限責任公司