具体实施方式

本发明提供了一种自动转换工装系统的方法和装置，以适应用于各种类型工业操作的各种配置工件的制造、组装和处理。尽管本发明内容涉及自动压机转移组件，但本发明不限于自动压机转移组件，而是本发明内容可以与任何制造、组装或处理操作结合使用，其受益于使用本发明中所提供的自动转换工装系统。

参考图1-10，本发明提供了一种用于自动转换工装系统100的方法和装置，该系统具有自动工具更换设备或工具更换器112。自动转换工装系统100可以在工业冲压机(未示出)内使用，尽管自动转换工装系统100可以与任何类型的工业操作结合使用。在工业冲压机的非限制性示例中，工件106在冲压机的至少一个冲压工位102内被冲压成渐进的形状和形式。自动转换工装系统100可以与至少一个压机转移导轨或转移杆108结合使用，其中至少一个自动转换工装组件110连接到压机转移导轨108。自动转换工装组件110可以可拆卸地连接到端部执行工装或使用自动工具更换设备112的端部执行工具114。端部执行工装114可拆卸地接合工件106，以基于压机转移导轨108在相邻冲压工位102之间循环移动，在冲压机的冲压工位102之间传送工件106。虽然本发明描述了在工业冲压机中使用的自动转换工装系统100和自动工装更换设备112，但应该注意的是，本发明不限于工业冲压机或转移压机，而是自动转换工装系统100可用于在本发明将是有利的任何工业环境或应用中，例如需要端部执行工装114的各种定位以在工位102之间处理和运输各种形状的工件106的工业应用。

在冲压机的非限制性示例之后，本发明的自动转换工装系统100的方法和装置可以与冲压机结合使用，其中冲压机具有连续和渐进式冲压工位102。每个冲压工位102提供具有底部冲压模具104和顶部冲压模具(未示出)的冲压模具。底部冲压模具104具有互补地接收工件106的配置。工件106可以由金属薄板或其他类似材料制成，其中金属薄板可以通过冲压工艺被配置和形成为预定形状。然而，应当注意，如果自动转换工装系统100与除冲压之外的其他工业操作结合使用，则工件106可以以不同的配置并且由不同的材料制造。当工件106被定位在底部冲压模具104中时，顶部冲压模具向工件106和底部冲压模具104移动，并将工件106压向底部冲压模具104，这通常被称为“冲压”。顶部冲压模具有形成在其中的形状，该形状与底部冲冲压模具104互补地接合以将所需形状冲压到工件106中。顶部冲压模具对工件106和底部冲压模具104的冲压可以发生一次或多次，直到获得工件106的所需形状。一旦为特定的冲压工位102获得了所需形状的工件106，则工件106然后被传送到相邻的冲压工位102，其中工件106再次以与前述类似的方式冲压。该过程通过连续和渐进式冲压工位102继续，直到获得工件106的最终形式。

为了在连续的冲压工位102之间穿梭工件106，自动转换工装组件110连接到至少一个压机转移导轨108。压机转移导轨108的位置可以采用不同的配置。例如，在非限制性的公开中，一对串联的压机转移导轨108可以基本平行并且定位在底部冲压模具104的相对侧上，如图1-5所示，单个压机转移导轨108可以安装在底部冲压模具104的顶部，如图6-8所示，或者单个转移杆或压机转移导轨140可以连接到机械臂142，比如可编程的机械臂，以使单个压机转移导轨140往返于底部冲压模具104的三轴运动，如图10所示。在具有一对压机转移导轨108的配置中，每个自动转换工装组件110都安装在相邻的一对压机转移导轨108的内部相对侧上。在具有单个顶部压机转移导轨108的配置中，压机转移工装组件110安装在单个顶部压机转移导轨108的相对侧上。在附接到机器人机械臂142的配置中，自动转换工装组件110可以安装到压机转移导轨140的底部144上。自动转换工装组件110可拆卸地接合工件106，并且压机转移导轨108在相邻的冲压工位102之间循环或移动自动转换工装组件110以及工件106。

为了使自动转换工装组件110在工件106上的所需位置接合工件106，自动转换工装组件110具有基座116，基座116固定连接到压机转移导轨108的一侧119或压机转移导轨140的底部144；和从基座116延伸的自由端。电气和气动线路(未示出)可以延伸穿过压机转移导轨108、140并在其内部延伸，并且连接到自动转换工装组件110的基座116中的电气和气动配件(未示出)。电线和气动线路可以通过自动转换工装组件110延伸到端部执行工装114。电线和气动线路连接到电源和加压空气以向自动转换工装组件110和端部执行工装114提供适当的电气和气动动力。可以通过位于压机转移导轨108的外侧124上的检修板120和箱体122来进入电气和气动线路。

为了提供端部执行工装114的准确定位和强力支撑，自动转换工装组件110提供了多个连杆或臂126，这些连杆或臂126在其端部通过机动关节128可旋转地连接，如类似地描述并通过引用并入美国专利第10,124,486号。连杆126和机动关节128在基座116处开始并且从压机转移导轨108、140向外延伸至自动转换工具组件110的自由端，其中自动转换工装组件110连接到端部执行工装114以接合工件106。每个关节128由设置在每个关节128内并与每个关节128相关联的电机(未示出)自动定位。电机在关节128处提供连杆126的旋转调节，以在自动转换工装组件110的端部的端部执行工装114提供多轴定位。在非限制性公开中，自动转换工装组件110具有五个连杆126和五个机动关节128，但是连杆126和关节128的数量不受限制。电机可以由中央处理单元(CPU)、可编程控制器或计算机(未示出)控制以允许关节128和连杆126的受控定位，从而提供端部执行工装114的预定位置。软件可与CPU、可编程控制器或计算机结合使用，为每个配置的工件106提供与端部执行工装114的位置相对应的自动转换工装组件110的连杆126和关节128的预定坐标或定位。由于关节128可以在多个操作循环中保持在相同位置，每个关节128包括可释放离合器(未示出)，该离合器被分离以允许通过使用它们各自的电机来调整关节128，然后接合以防止关节128在调整其位置之间移动。自动转换工装组件110允许关节128的自动定位，从而允许端部执行工装114被准确地定位在预定位置并在大量操作周期内保持刚性，使得端部执行工装114处于在高精度。自动转换工装组件110的这种精确定位允许使用自动工装更换设备112，如稍后将描述的，以及将工件106装载到工位102和从工位102卸载。

为了改变端部执行工装114的类型，即真空吸头、夹具(grippers)、夹具(clamps)、铲子等，以适应各种形状和形式的工件106，在自动转换工装组件110的自由端，自动工具更换设备112提供端部执行工装114的自动更换。自动工具更换设备112在与基座116相对的自动转换工装系统工装110的自由端提供快速更换工装适配器118。快速更换工装适配器118可释放地接合端部执行工装114上的快速更换工装接收器117，以允许期望的端部执行工装114与用于适当工件106的自动转换工装组件110接合。在冲压机的非限制性示例中，每个不同形状的工件106需要其自己的形状的冲压模具，其中底部冲压模具104被设计为保持和存储接合于冲压模具相关联的特定工件106所需的端部执行工装114。尽管本发明公开了由底部冲压模具104保持和存储的端部执行工装114，但是应当注意，顶部冲压模具还可以或替代地保持和存储一个或多个端部执行工装114。因此，当在冲压工位102中更换冲压模具以生产不同形状的工件106时，通过自动转换工装组件110接合和固定工件106所需的端部执行工装114，被固定到或存储在底部冲压模具104和/或顶部冲压模具。这允许自动转换工装系统工装110在新的冲压模具出现在冲压机的冲压工位102中时接合端部执行工装114。

端部执行工装114可以使用几种不同的配置被存储在或固定到工位102。在冲压机应用的非限制性示例中，自动工具更换设备112的第一实施例在图1-4中示出，基本上为L形的支架130具有L形支架130的长边131，该长边131连接到底部冲压模具104的外表面，使得L形支架130的短边133从底部冲压模具104向外延伸。L形支架130的短边133具有形成在其中的端部开口槽132，用于接收和保持连接到端部执行工装114的快速更换工装接收器117。在非限制性公开中，通过在L形支架130和端部执行工装114上的快速更换工装接收器117之间提供摩擦配合、卡扣配合或弹簧偏置配合，L形支架130的短边133限定的端部开口槽132可以将快速更换工装接收器117固定在端部开口槽132中的端部执行工装114上。当将端部执行工装114卸载和装载到底部冲压模具104上的L形支架130中时，端部执行工装114仅需要升高和降低到端部开口槽132中。应当注意的是，工位102不限于底部冲压模具104，而是L形支架130可以用于任何类型的工位102中以保持住端部执行工装114。

当端部执行工装114通过L形支架130固定和存储时，端部执行工装114暴露在工位102或者底部冲压模具104的外部。L形支架130的短边133形成一对封闭端部槽134，并且位于端部开口槽132的每一侧，其中封闭端部槽134朝向压机转移导轨108、140开口。安装在自动转换工装组件110的自由端上的快速更换工装适配器118具有一对定位杆136，其沿着快速更换工装适配器118的侧面延伸以接合L形支架130中的封闭端部槽134。封闭端部槽134接收快速更换工装适配器118上的定位杆136，以帮助快速更换工装适配器118相对于快速更换工装接收器117定位在存储在L形支架130上的端部执行工装114上。快速更换工装接收器117和快速更换工装适配器118具有公/母联接，使得快速更换工装适配器118和快速更换工装接收器117可以容易地将端部执行工装114接合和脱离自动转换工装组件110。在非限制性公开中，快速更换工装适配器118和快速更换工装接收器117可以使用任何类型的快速更换工装装置来使自动转换工装组件110与端部执行工装114接合和脱离，例如如弹簧驱动、球驱动、旋转驱动、摩擦配合、卡扣配合等。此外，快速更换工装适配器118和快速更换工装接收器117具有电气和气动耦合器，其允许将电力和气动动力从自动压机转换工装组件110传送和供应到端部执行工装114。

在自动工具更换装置112的第二实施例中，如图1-4中进一步所示，端部执行工装114被固定和存储在工位102或底部冲压模具104中的凹槽138内。L形支架130的长边131连接到并设置在底部冲压模具104的凹槽138内，L形支架130的短边133正好暴露在底部冲压模具104的外侧。如前所述，端部执行工装114固定在L形支架130的短边133的端部开口槽132中，使得端部执行工装114在不使用时设置在底部冲压模具14中的凹槽138内。自动转换工装组件110的快速更换工具适配器118以与先前在自动工具更换设备112的第一实施例中描述的相同的方式接合端部执行工装114上的快速更换工具接收器117。底部冲压模具104中的凹槽138允许在底部冲压模具104的运输和存储期间保护端部执行工装114；然而，如果不将端部执行工装114从设置在底部冲压模具104的凹槽138中移除，则操作者无法看到端部执行工装114的状况和类型。

在自动工具更换设备112的第三实施例中，其中压机转移导轨108安装在工位102或底部冲压模具104的上方，如图6-9所示，L形支架130的长边131与底部冲压模具104的外表面连接并成一定角度安装。L形支架130朝着压机转移导轨108向内延伸，使得压机转移工装组件110可以接近存储在L形支架130上的端部执行工装114。自动转换工装组件110的快速更换工具适配器118和端部执行工装114的快速更换工具接收器117以与先前在自动工具更换设备112的第一和第二实施例中描述的相同的方式操作。

至于压机转移导轨140连接到机器人机械手142，如图10所示，端部执行工装114可以以上述三个实施例中描述的任何方式安装到、保持到或存储在工位102或底部冲压模具104中。因此，机器人机械手142的压机转移导轨140的压机转移工装组件110上的快速更换工具适配器118可以用上述三个实施例中的任何一个接近工位102或底部冲压模具104中的端部执行工装114的快速更换工具接收器117。

在操作中，自动转换工装系统100可以与各种类型的制造、组装和处理操作结合使用。在非限制性的公开中，工件106被装载到制造、组装或处理操作的工位102中，并且用户将工件106的特定模型或配置输入到自动转换工装系统100的CPU、可编程控制器或计算机中。如下所述，可以利用其他方式将工件106的模型或配置传送到自动转换工装系统100。CPU、可编程控制器或计算机然后向自动转换工装组件110发送定位信号。为了将自动转换工装组件移动到它们的期望位置，自动压机转移工装组件110的关节128的离合器解锁，关节128中的电机被驱动以同步关节128和连杆126的运动，以移动在自动压机转移工装组件110的自由端处的快速更换工装适配器118，并且将其与端部执行工装114的快速更换工装接收器117和接头128的离合器对准。快速更换工装适配器118在接合位置接合端部执行工装114上的快速更换工装接收器117，然后CPU、可编程控制器或计算机指示自动转换工装组件110以与如上相同的方式移动到适当位置，以允许端部执行工装114接合工件106。端部执行工装114在工件106上的预定位置处接合工件106，并且自动转换工装系统100将工件106穿梭到所需位置或工位102。一旦工件106被适当地放置到其目的地或工位102中，端部执行工装114释放工件106，并且自动转换工装系统100循环回到先前的工位102或端部执行工装114接合下一个工件106的位置。当需要生产不同模型或不同形状的工件106时，操作员指示自动转换工装系统100的CPU、可编程控制器或计算机需要改变工件106，并且CPU、可编程控制器或计算机指令自动转换工装组件110将端部执行工装114放回到工具更换器112上。快速更换工装适配器118使端部执行工装114上的快速更换工装接收器117与处于脱开位置的自动转换工装组件110上的快速更换工装适配器脱离接合，从而允许端部执行工装114从自动转换工装组件110脱离，其中端部执行工装114保留在工具更换器112上。该循环通过自动转换工装组件移动到对应于不同工件106的端部执行工装114再次开始。

作为操作中的方法和设备的进一步非限制性示例，之前描述过的自动转换工装系统100可以与装载到冲压机组件的冲压工位102中的冲压机模具结合使用，以便将特定工件106冲压。不管实施例如何，每个底部冲压模具104都具有安装到L形支架130的必要的端部执行工装114，以将相应的工件106穿梭到连续的冲压工位102。用户将工件106的特定模型输入到自动转换工装系统100的CPU、可编程控制器或计算机中。可以使用其他非限制性手段将工件106的模型传送到CPU、可编程控制器或计算机，例如将微处理器芯片(未示出)或条形码(未示出)放置在底部冲压模具104上，其中微处理器读取器或条形码扫描器分别识别特定工件106并将其传送到自动转换工装系统100的CPU、可编程控制器或计算机。一旦CPU、可编程控制器或计算机获知工件106的模型和装入冲压机的冲压工位102的底部冲压模具104，CPU、可编程控制器或计算机就发送定位信号到自动转换工装组件110。关节128中的离合器解锁，自动压机转移工装组件110的关节128中的电机被驱动以同步关节128和连杆126的运动，从而移动自动转换工装组件110的自由端部的快速更换工装适配器118，并将其与安装在底部冲压模具104上的端部执行工装114的快速更换工装接收器117对齐，然后关节128中的离合器锁定。快速更换工装适配器118在接合位置接合端部执行工装114上的快速更换工装接收器117，然后CPU、可编程控制器或计算机指示自动转换工装组件110进行到适当的位置用于允许端部执行工装114接合工件106。自动转换工装组件110的移动以与前述相同的方式发生。端部执行工装114然后在工件106上的预定位置处接合工件106，并且压机转移导轨108、140通过远离底部冲压模具104向上上升而开始循环或移动，从而提升压机转移导轨108、140上的自动转换工装组件110，并从底部冲压模具104提升工件106。一旦工件106从底部冲压模具104上移开，压机转移导轨108、140就索引或水平移动到相邻的冲压工位102，在那里将发生下一个连续的冲压操作。压机转移导轨108、140将工件106定位在相邻冲压工位102的底部冲压模具104上方，并且压机转移导轨108、140将工件106降低到相邻的冲压工位102底部冲压模具104中。一旦工件106被适当地放置在底部冲压模具104上，端部执行工装114释放工件106，并且压机转移导轨108、140循环回到先前的冲压工位102，其中端部执行工装114接合下一个工件106。当需要生产不同模型或不同形状的工件106时，操作员指示自动转换工装系统100的CPU、可编程控制器或计算机需要更换冲压机模具，并且CPU、可编程控制器或计算机指示自动压机转移工装组件110将端部执行工装114放回到底部压力机模具104的L形支架130上。自动转换工装组件110上的快速更换工装适配器118在脱离位置与端部执行工装114上的快速更换工装接收器117脱开，以允许端部执行工装114脱离自动转换工装组件110组件并保持在底部冲压模具104的L形支架130。一旦端部执行工装114被固定到底部冲压模具104的L形支架130上，底部冲压模具104就从冲压工位102移除，并且不同的底部冲压模具104被装载到冲压工位102，其中循环再次开始。

虽然本公开是结合目前被认为是最实用和优选的实施例做出的，但应当理解，本公开旨在涵盖各种修改和等效布置。