專利名稱：電磁壓機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于生產操作的電磁壓機，例如用于將電線端子端接到電線上，尤其涉及通過一控制電路對壓機的端接循環的控制，所述控制電路消除了中間循環和壓機的電磁體間的剩磁，從而使每次端接所需的循環時間最少。
用于將電端子端接到電線上的壓機一般使用線性氣動或旋轉電動致動器，以提供將端子壓接到電線上所需的力。從性能的角度看，由于這些致動器經常能量不足，難于控制，特別是不易于保養，現已經開發出一類不同的使用電磁體的壓機。在這類電磁壓機的通常設計方案中，一對電磁體連接到電路上，所述電路用來向電磁線圈提供電流，使其感應產生吸引磁場。其中一個電磁體可操作地連接到一可移動的軸上，所述軸將力傳遞給壓接機具，依次，壓接機具將壓接力傳遞給端子，從而將端子壓接到電線上。電磁壓機的優點是能產生幾噸數量級的壓接壓力，但也產生了關于這些力的控制問題。
US專利3,584,496(`496)和3,783,662(`662)公開了記載有前述設計的電磁壓機的控制的現有設備。首先參閱專利`496，其中描述了兩個電路。第一個電路構成一個實施例，該實施例從電源向一對電磁體的線圈施加脈沖電流。其中一個電磁體是固定的，另一個電磁體可往復運動并安裝在機具軸上。根據對具體工件的已有經驗，可預定脈沖電流和振幅。電路沒有設置控制傳送給電磁體的電流的檢測器或反饋系統。通過采用反饋系統，第二個電路使用了恒壓力，反饋系統包括力轉換器，例如壓電裝置或應變儀。力轉換器用來檢測施加到壓接機具的臺砧上的力。力轉換器將相應的電信號傳遞給比較器，比較器將轉換器信號與參考信號比較，如果信號之間存在差異，比較器將控制信號傳送給電源，以改變輸出給電磁體的能量，直到轉換器信號足夠接近參考信號。然后，時間電路控制向端子施加壓力的時間間隔，即停留時間，該時間等于預定的時間。在停留時間的末端，端子已被壓接，電磁體被釋放，在彈簧力的作用下，可往復運動的電磁體返回到初始位置，準備下一個壓接循環。
專利`662中描述的設備是對`496設備的改進，為了限制電磁體的初始電流在其中加入一減速電路，從而可以控制壓接機具的速度并避免下沖程時機具中多余的動能。當機具與工件開始接觸后，增加施加給電磁體的電流以產生足夠的壓力。如上述專利`496中的轉換器/比較器電路被用來控制在停留時間期間施加的力。當參考信號與轉換器信號值一致時，切斷電磁體的電源，往復運動的電磁體返回非移動位置，準備下一個循環。
上述電磁壓機的缺點是，在電磁體的電源信號已經為零后，在電磁體間仍然存在磁場。這個問題的產生是因為電磁體材料沒有返回它的原始狀態，即不存在磁場的狀態，而且，即使除去電路感應的磁場后，電磁體材料中仍存在剩磁。這種剩磁導致電磁體之間的吸引力的延續，從而推遲了它們為準備下一壓接循環的相互分離，因此導致無益地延長了循環時間。而且，使用轉換器檢測壓接機具的壓力并將控制信號傳送給比較器進行處理，增加了整個控制系統的響應時間。此外，使用轉換器增加了主要設備和現有設備的維護費用。另外，當電磁體在彈簧力的作用下返回時，電磁體有可能發生突然地停止，即在上沖程時與鄰接面撞擊，從而可能損壞壓機的部件。已有設備的另一個缺點是，不適于接收具有自動端子供給機構的標準壓力機具。
綜上所述，所需要的電磁壓機具有最少循環時間，在上沖程時避免撞擊，適于接收具有自動端子供給機構的標準壓力機具，并且制造費用低。
參照附圖將說明本發明的一個實施例，其中

圖1是本發明電磁壓機的立體圖；圖2是沿圖1的線2-2截取的電磁壓機的截面立體圖；圖3是圖1和2所示電磁體的截面立體圖；圖4是本發明的控制系統的方框圖；圖5是本發明壓接循環期間描述的示波器曲線，曲線的上部指示了作為時間函數的電流，曲線的下部指示了作為時間函數的位置。
如圖1所示，電磁壓機10包括一將端子壓接到電線上的端接或操作部分12和一包括電磁體的力產生部分14，所述電磁體產生壓機將端子壓接到電線上所需的壓力。另外，電磁壓機10由圖4所示的隨后詳述的控制電路200控制。
端接部分12包括往復運動部件20和壓接機具60。往復運動部件20和機具60通常安裝在固定的上板31的上方，上板最好由非鐵磁材料制成，例如，鋁。往復運動部件20包括通過螺栓26剛性連接到往復桿22上的頂板21，所述桿具有環繞該桿的螺旋彈簧23，用于在機具60操作過程中彈簧偏壓頂板21。壓接機具60是標準壓力機具，例如，賓夕法尼亞州(Pennsylvania)，Harrisburg，AMP公司制造的小型快速端子壓機(MiniQuick Change Applicator terminal applicator)；但是，其它機具也能用于本發明。機具60通過滑塊結合器24可操作地連接到頂板21上，并包括沿第一動作線滑動安裝在固定滑塊箱62中的滑塊61。滑塊61設置得可迫使壓接機具63向放置在電線67上的端子64移動，電線放置在用于壓接端子64和電線67的臺砧66上。機具60還包括常規的具有凸輪邊68a的平板形凸輪板68，用于在滑塊61的下沖程驅動端子供給機構(未表示)。平板形凸輪板68由緊固件69連接到滑塊61上，以與滑塊一起往復運動，凸輪邊68a指向臺砧66，但是，普通技術人員可以理解凸輪邊68a也可以位于平板形凸輪板68的頂部，從而在上沖程驅動端子供給機構。在上或下沖程驅動供給機構所需的力約為175(磅)lbs。
在本發明的一個優點中，機具60安裝在桿22之間，從而使機具60能接納側邊或端部送進型端子裝置。由于板31的前端面31a和相應的桿22的中心之間限定的距離X1和X2不同，桿22略微斜地安裝在板31上。這樣，如圖1所示，側邊送進機構能安裝在機具60的左手側。
力產生部分14包括一剛性安裝在桿22上的上電磁組件40和一剛性安裝在板32上的下電磁組件50。在壓接循環中，上電磁組件40在箭頭A指示的動力或下沖程方向和箭頭B指示的返回或上沖程方向往復運動，隨后詳述。板31由一對角柱34(圖中僅顯示了一個)和一個心柱35支撐，如圖2所示。
通過顯示沿圖1的線2-2截取的壓機的截面圖，圖2更詳細地描述了本發明。頂板21由螺栓26連接到桿22上，螺栓被擰到桿22中的螺紋孔中，從而將桿22剛性連接到頂板21上。桿22可往復滑動地通過套管37，套管最好是尼龍型。套管37插進上板31的孔中，桿22穿過此孔沿偏離滑塊61的第一動作線的相應的第二動作線往復運動。桿22連接到鋼板42中的相應的螺紋連接件27中。如上所述，上板31由心柱35支撐，并剛性連接到心柱35和一對基本相同的角柱34上，圖中只能看見角柱34中的一個。緊固件36將板31連接到心柱35上，緊固件26將上板31連接到角柱34上。同樣下板32由緊固件38連接到心柱35上，并用緊固件(未顯示)剛性連接到角柱34上。
參照圖2和3，上電磁組件40包括具有接收電磁線圈44的線圈接收槽41a的電磁體41。線圈44導電地連接到控制電路上，隨后詳述。電磁組件40還包括剛性連接到桿22上的鋼板42，鋼板42用緊固件45剛性緊固到電磁體41上。電磁體41的中心孔43設置有襯套46，襯套最好是含油黃銅材料制成的，用于滑動接收由此穿過的柱35，從而在電磁體41往復運動過程中沿柱35引導磁體41。
底電磁組件50包括一用緊固件52剛性連接到底板32上的電磁體51。電磁體51包括放置在槽51a中的線圈54和一銅板56，銅板56同心放置在電磁體的頂部上方，用于在壓接循環的下沖程隔離電磁體41，51，并在電磁體41的下沖程當電磁體極度靠近時減震。
在優選實施例中，電磁體41，51是一對配套的圓錐形電磁體，最好由低碳鋼材料形成，如圖3所示。電磁體41包括平面部分47、圓柱部分48和指向下電磁體51的截頭圓錐形部分49，上述各部分與心孔43的軸線共軸。下電磁體51包括相應的互補平面、圓柱和截頭圓錐形部分57，58，59。平面部分47，57在小間距時提供了高數量級的垂直分力。由于在電磁體的最大間距時，截頭圓錐形部分49也更靠近電磁體51，因此它能提供足以克服壓機最初的機械慣性和彈簧23的彈力的垂直分力，并提供送進端子供給機構所需的力。通常，當整個平面電磁體相互靠近時，吸引力是很高的，但是本發明所需的沖程長度使電磁體41，51分開到一定程度，即，平面部分47，57的吸引力太小而不能啟動壓接循環。因此，截頭圓錐形部分49提供的垂直分力是非常重要的，因為該力受益于電磁體41的運動。這樣，就不需要輔助動力源，例如氣缸，在開始時將電磁體41帶向電磁體51直到平面部分47，57的吸引力足以啟動壓接循環。
圖4顯示了控制電路200和控制系統的實現H-橋電路202的控制的元件。所述元件包括未調節電壓電源201；帶有晶體管203，204的H-橋電路202；電磁體41，51各自的磁線圈44，54；電流檢測電阻205；MOS柵極驅動器調節電壓電源206；MOS柵極驅動器207；微控制器調節電源208；包括作為一個整體部分的脈沖寬度調制控制器(PWMC)的程序微控制器209；光隔離器210；模擬隔離放大器211；信號調節電路212。
未調節電源201提供為供給電磁體41，51的線圈44，54所需的高電力。另外，除了微控制器調節電路外，未調節電源201，調節電源206，MOS柵極驅動器207，H-橋電路202和電流檢測電阻205以相同接地為基準，從而在光隔離器210和MOS柵極驅動器207之間及電流檢測電阻205和信號調節電路212之間設置光隔離。由于它們以不同接地作為基準，光隔離器210和模擬隔離放大器211一起在H-橋電路和電路的微控制器側之間提供光隔離。與微控制器209相連的PWMC按照微控制器209的指令，通過調制MOS柵極驅動器207的電壓，可控制通過H-橋電路202的電流。
MOS柵極驅動器207的功能是接收來自微控制器209和PWMC的信號，然后激活H-橋電路202的合適的晶體管203或204。當晶體管203被激活時，電流在箭頭C的方向流過電磁體41，51的線圈44，54；另一方面，當晶體管204被激活時，電流在相反的箭頭D指示的方向流過。電流流過線圈44，54，感應產生圍繞電磁體41，51的磁場，例如+/-極性；改變電流方向，使通過線圈的極性改變為-/+狀態，并改變圍繞電磁體41，51的磁場的極性。通過線圈44，54的任何電流必須通過電流檢測電阻205，通過此電阻產生的電壓由模擬隔離放大器211檢測。模擬隔離放大器211將電壓信號以模擬信號的形式傳送到信號調節電路212，該電路為微控制器209處理所述信號。微控制器209讀出與流過電流檢測電阻205的電流成比例的電壓的信號，讀出作為電流特征的電流變化率，將該變化率與程序值比較，確認信號中的變化率足夠接近程序值，并激活H-橋電路。微控制器209也用來執行時間功能，在預定的時間，即當電流符合某一程序條件時，借助于PWMC和MOS驅動器207來改變線圈44，54的極性，下面將進一步說明。
參照前述附圖，特別是圖5，現在將說明本發明電磁壓機的操作。圖5代表了壓機10的一個壓接循環的示波器曲線。圖5的上部表示作為時間參數的電流的圖形，即i(t)，圖的下部表示作為時間參數的電磁體41的位移的圖形，即y(t)。i(t)的圖形包括線段91-97，y(t)的圖形包括線段101-105，下面將更充分的說明。
在壓接循環的開始，微控制器209命令PWMC借助于MOS柵極驅動器207將輸出給電磁體41，51的電壓升高到一預定的最大值，如i(t)中91線段所示，在該值在電磁體41，51中產生最大的吸引磁場。在激活晶體管203而不激活晶體管204的條件下，首先設定H-橋電路202產生第一吸引極性+/-，即電磁體41放射正磁場，電磁體51發射負磁場。此時，如上所述，由于垂直分力的主要部分由與電磁體51相關的截面圓錐形部分49產生，壓機的機械惰性和彈簧力開始被克服了。此外，該分力足以驅動端子供給機構。這樣，電磁體41開始移動，如y(t)中101線段所示。
隨著電磁體41移向電磁體51，平面部分47，57的強大的磁場移動得更靠近在一起，導致較少的電流從電磁體流過，這樣，在i(t)的92線段出現了一個負的斜率或變化率。模擬隔離放大器211則檢測電流檢測電阻205兩端之間的電壓變化，并通過信號調節電路212將信號傳送到微控制器209。微控制器209讀出i(t)和它的變化率，然后降低通過PWMC、MOS柵極驅動器207和H-橋電路輸出給電磁體41，51的電壓。當i(t)下降時，電磁體41在圖1-2中箭頭B的方向移向電磁體51，從而在相同的方向，即在動力沖程方向牽引桿22，頂板21，滑塊61和壓接機具63。重要的是，隨著電磁體41移向電磁體51，機械能貯存在彈簧23中，并且貯存的能量在壓接端子期間達到最大值，通常在y(t)的103線段。而且，除了壓縮彈簧所需的能量外，電磁體的吸引力的數值也被設計得足以在下沖程中運行端子供給機構。進一步，在y(t)的103線段，壓接機具接觸端子64，并開始和繼續將端子64壓接到導線67上。然而，壓接必然產生機械阻力，并阻礙電磁體41的移動。當克服這種阻礙時，電磁體41，51產生電反應，并開始引起附加電流流過電流檢測電阻205，如i(t)在93線段的正斜率所示。模擬隔離放大器211檢測到該電流，并將信號傳送到微控制器209。微控制器209將變化率與程序值比較，并命令PWMC將輸出電壓增加到預定值，并停留足夠的時間以實現高質量的壓接。停留時間通常等于y(t)的103線段所示的時間間隔，并按程序送入微控制器209中。在停留時間期間電磁體41，51產生的壓接力為4,000-5,000磅(1bs)數量級。
在停留時間結束后，經過PWMC和MOS柵極驅動器207，微控制器209沒有激活H-橋電路的晶體管203，而激活了晶體管204，從而使電磁體41，51的磁場極性反向。當極性改變時，i(t)通過在點94的零幅值，并移向線段95的預定幅值。激活H-橋電路202的晶體管204的結果是，第一極性+/-反向為第二極性-/+，即電磁體41現在發射負磁場，電磁體51發射正磁場。本發明的突出優點是，極性的反向消除了電磁體41，51感應的剩磁，從而減少了循環時間，電磁體41能迅速地返回初始位置，下面將進一步敘述。
在對應y(t)的線段104的點，如上所述，彈簧23的貯存能量是最大值。當磁場反向且剩磁消除后，微控制器209再次在零值停留一段時間，如i(t)的96線段所示，使得電磁體41，51之間的吸引力基本上為零。現在，彈簧23不受約束，開始連續地迫使滑塊61，桿22和電磁體41在圖1-2中箭頭A的方向向上運動，如y(t)在105線段的負的斜坡所示。然而，按照本發明的另一個優點，在一預定時間之后，在上述部件到達位置之前，微控制器209使H-橋電路202再次改變磁場的極性，從激活晶體管204的第二極性-/+，回到激活晶體管203的第一極性+/-，即電磁體41發射正磁場，電磁體51發射負磁場。并且，微控制器209給出通常的i(t)臺階幅值的指令，如i(t)的97線段所示。按照這個臺階i(t)指令，電磁體41，51中再次感應磁場。然而，按照本發明的另一個優點，最后感應的相吸磁場具有一個分力，該分力指向彈簧23產生的分力的反方向，即i(t)的區域97感應的磁場使電磁體41按箭頭B的方向指向。然而，這個吸引力不足以改變在箭頭A方向的電磁體41的運動，但是，在運動部件返回各自的初始位置的過程中，可形成相對這些運動部件之動能的一個平衡力，而這個相反方向的力能緩沖電磁體41的復位。在返回沖程實現的這種緩沖避免了電磁體41和板42對上板31的撞擊，從而避免通常的電磁體41和壓機10的損壞。另外，在本發明的另一個優點中，預設彈簧23的彈變特性能提供足夠的力使機具60在返回沖程驅動端子供給機構。當所述部件返回它們的原始位置后，壓機10準備下一個壓接循環。
雖然公開了一個優選實施例，但可以理解本發明不限于這些實施例，在附屬權利要求的范圍內可以有其它各種實施方式。
權利要求
1.一種壓機，用于執行生產操作，包括一具有機具部分的操作部分和一與所述操作部分相連的力產生部分，所述機具部分具有一在做功和返回沖程中可在臺砧上方運動的滑塊，所述力產生部分提供力以實現生產操作，所述壓機的特征在于(a)所述力產生部分包括第一組力產生件，所述第一組力產生件包括作為壓機控制電路的一部分的電磁體，至少一個電磁體與所述操作部分相連，用于在所述壓機控制電路的啟動期間向所述機具部分施加力；(b)所述操作部分包括第二組力產生件；和(c)所述機具包括一供給機構接口，所述第一和第二組力產生件向機具提供足以驅動滑塊做功和返回沖程及驅動供給機構接口的力。
2.如權利要求1的壓機，其特征在于，所述第二組力產生件包括用于驅動所述返回沖程和所述供給機構接口的偏壓件。
3.如權利要求2的壓機，其特征在于，所述偏壓件包括彈簧。
4.如權利要求1的壓機，其特征在于，所述第二組力產生件包括可動剛性件，所述剛性件可操作地連接到偏壓件和所述機具上，用于驅動所述返回沖程和所述供給機構接口。
5.如權利要求1的壓機，其特征在于，所述至少一個電磁體在所述做功沖程期間相對移動離開所述臺砧。
6.如權利要求1的壓機，其特征在于，所述至少一個電磁體包括一個孔，并在所述做功和返回沖程期間可相對于所述孔中的導向件運動。
7.如權利要求6的壓機，其特征在于，所述導向件包括一固定軸。
8.如權利要求1的壓機，其特征在于，所述至少一個電磁體和所述滑塊在所述做功和返回沖程期間，在所述臺砧的相對側在各自的動作線方向運動。
9.一種電磁壓機的操作方法，所述電磁壓機具有電磁體，所述電磁體包括電控電路的一部分，所述方法包括步驟(a)使電磁體通電，在電磁體之間的磁場的吸引力的作用下，使至少一個電磁體被拉向另一個電磁體；(b)檢測流過電磁體的電流的斜率；(c)改變磁場的極性，消除所述電磁體的剩磁。
10.如權利要求9的操作方法，其特征在于還包括步驟(d)在改變磁場的極性前，檢測所述電流斜率的預編程性質。
11.如權利要求10的操作方法，其特征在于還包括步驟(e)再次改變電磁體的磁場，以作為壓機中動態物體的動能的平衡能量。
12.如權利要求9的操作方法，其特征在于，步驟(a)由所述電路中的脈沖寬度調制器根據微控制器的指令執行。
13.如權利要求9的操作方法，其特征在于，步驟(b)由一控制回路執行，控制回路取得電流檢測電阻兩端的電壓，利用模擬隔離放大器將電壓轉換成模擬信號，將模擬信號傳送給微控制器，微控制器讀出模擬信號。
14.如權利要求13的操作方法，其特征在于，步驟(c)通過根據微控制器的指令不激活H-橋電路的晶體管和激活其它晶體管而執行。
15.如權利要求10的操作方法，其特征在于，步驟(d)由程序微控制器執行，程序微控制器讀出所述控制電路的電流檢測電阻兩端的電壓模擬信號，所述電壓與流過電磁體的電流成正比；確定模擬電流信號的變化率；將模擬電流信號的變化率與程序值比較；確定模擬電流信號的變化率足夠接近程序值；激活H-橋電路，該電路包括可操作地連接到所述電磁體上的晶體管，從而改變磁場的極性。
16.如權利要求11的操作方法，其特征在于，步驟(e)由具有時間功能的微控制器執行，微控制器讀出所述控制電路的電流檢測電阻兩端的電壓模擬信號，所述電壓與流過電磁體的電流成正比；確定模擬電流信號的變化率；將模擬電流信號的變化率與程序值比較；確定模擬電流信號的變化率足夠接近程序值；延遲程序時間；然后激活電連接到所述電磁體上的H-橋電路，并改變磁場的極性，從而在電磁體之間再一次產生吸引力，該力包括與所述壓機的動態物體的分力方向相反的分力。
全文摘要
一種用于執行生產操作的電磁壓機,包括可操作地連接到往復部件上的機具(60),往復部件包括桿(22)和通過固定板(31)連接到桿(22)上的電磁體(41)。控制電路(200)使往復電磁體(41)和固定電磁體(51)通電,用于在電磁體(41,51)中感應產生吸引磁場,并改變磁場的極性以消除剩磁,以及在返回沖程中緩沖電磁體(41)的復位。
文檔編號B30B1/42GK1230916SQ97198103
公開日1999年10月6日 申請日期1997年9月18日 優先權日1996年9月20日
發明者M·D·斯特隆, M·A·耶奧曼斯 申請人:惠特克公司