129_092-004AP-TW
發佈日期 :
2009-04-30
| 發明專利說明書 | |
| ※申請案號： 089106485 | |
| ※申請日期： 20000331 ※ＩＰＣ分類：Int.Cl.(6) B30B 1/14，15/16 |
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| 一、發明名稱：(中文/英文) | |
多功能變轉速伺服控制式曲柄滑件沖床系統(全文下載) A System of Multi－Purpose Variable－SpeedServo－Controlled Crank－Slider Presses |
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| 二、申請人： 共 1 人 | |
| 1 . 姓名或名稱：(中文/英文) 行政院國家科學委員會 / NATIONAL SCIENCE COUNCIL 代 表 人：(中文/英文) / 住居所或營業所地址：(中文/英文) 台北巿和平東路二段一○六號十八樓 / 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW |
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| 三、發明人： 共 2 人 | |
| 1 . 姓名：(中文/英文) 顏鴻森 / YAN, HUNG-SEN 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW 2 . 姓名：(中文/英文) 陳維仁 / CHEN, WEI-REN 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW |
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| 四、聲明事項 | |
| □主張專利法第二十二條第二項 □ 第一款或 □ 第二款規定之事實，其事實發生日期為：年 月 日 □申請前已向下列國家(地區)申請專利: 【格式請依:受理國家(地區)、申請日、申請案號、 順序註記】 | |
| □有主張專利法第二十七條第一項國際優先權： □無主張專利法第二十七條第一項國際優先權： |
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| □主張專利法第二十九條第一項國內優先權： 【格式請依:申請日、申請案號、順序註記】 | |
□ 主張專利法第三十條生物材料： □ 須寄存生物材料者： 國內生物材料【格式請依:寄存機構、日期、號碼、順序註記】 國外生物材料【格式請依:寄存國家、機構、日期、號碼、順序註記】 |
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| □ 不須寄存生物材料者: 所屬技術領域中具有通常知識者易於獲得時，不須寄存。 |
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| 五、中文發明摘要： | |
| 一種通用型，由伺服馬達驅動之變轉速曲柄滑件沖床系統，可因對應不同之衝壓加工，提供不同的輸入轉速，進而達成單一沖床可兼顧各類型加工之目的。本沖床包 含之硬體有一機架，一具有曲柄輸入、滑件輸出之連桿式機構、以及一伺服馬達；伺服馬達帶動連桿式機構之曲柄，經該連桿機構作做運動類型的轉換，由滑件完成 沖床之沖壓運動行程。伺服馬達由一配備數位信號處理器(DSP)之微電腦或個人電腦控制其轉速變化，針對不同的加工類型給予適合該型之轉速函數，使此沖床 得以對各類型加工均有良好的效果。此種沖床系統亦可以直接對現有的連桿式曲柄滑件沖床以加裝方式作升級，實為一深具彈性與實用性之創新設計。 |
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| 六、英文發明摘要： | |
| A general type press system, with variable-speed slider-crankmechanism driven by a servomotor,can be used for various types of presswork by providing the various corresponding input speed trajectories.The press is composed of a frame, a linkage-mechanism with a crankas its input and a slider as its output, and a servomotor. The servomotor isused for driving the crank of the link age-mechanism. The output motion ofthe press, i.e., the ram's motion, is accomplished by the slider of themechanism.The speed of the servomotor is controlled by a microcomputeror a Personal computer equipped with a digital signal processor(DSP). Thiscomputer can support a number of speed functions for different types ofPress work to obtain optimal processing results. Because the existingtraditional linkage press can also be upgraded to a multi-purpose one, theclaimed Press is an innovative design with the advantages of flexibility andpracticability. |
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| 七、指定代表圖： | |
| （一）本案指定代表圖為： | |
| （二）本代表圖之元件符號簡單說明： | |
| 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： | |
| 九、發明說明： | |
| 產業上之利用領域背 景 工業技術的發展，無不致力於技術層面的精進與突破，以提升產品的精密度來達成品質的要求。以目則廣泛使用於工業上之產品來說，有許多是利用剪切、鍛造、引伸、彎曲、以及壓延等製程做出的，此等製造技術均可以沖床來完成。 一 般而言，沖床於剪切加工時，當衝頭開始接觸工件，因衝擊的發生會產生噪音並縮短模具使用壽命，因此剪切加工之速度不宜過大；而具有細緻邊緣的精密剪切，其 加工速度更是愈慢愈好，方能使工件之剪切邊緣精緻，同時保障機具與模具之壽命。而在引伸加工過程中，其引伸速度不能過快，必需在工件材料的最大容許引伸加 工速度範圍內，才不會造成工件斷裂；且在加工區段內，具定值的引伸加工速度，才能得到良好的工件品質。 習知技藝 傳統的機械式沖床，隨著不 同的加工類型，有不同特性的驅動機構予以對應，而同時能適用於剪切加工與引伸加工的驅動機構，僅有瓦特Ⅱ型機構之牽桿式沖床機構。以目前而言，此種瓦特Ⅱ 型沖床機構，如圖1所示之AMADA-150L牽桿式沖床，在加工區段內無法得到良好的等速性，而無法得到良好的加工品質；黃文敏等人於中華民國專利第 248739號，提出一種引伸與剪切泛用型牽桿式沖床，然而引伸與剪切實兩種不同加工型態，雖說可滿足兩種加工類型，其實是在兩種動作中取得妥協。 Yossifon等人[199㊣提出一種新型由伺服馬達驅動之多用途沖床。此種沖床原型機以伺服馬達為動力源，直接帶動一螺桿機構，由螺桿轉換出之直線運 動直接傳到沖壓動平台，此平台加工工件所需之速度與位置，藉由控制伺服馬達之速度與位置來完成。然而，由於缺乏連桿式沖床天生具有的高機械利益，此種沖床 之伺服馬達仍須相當大的扭矩才能順利動作。U.S.Patent NO.：5,079,489”Method of operating press machine and servocontroller therefor”,Jan.7,1992.揭示相關直接以伺服馬達改變沖床動平台的速度者的概念。然並未提及如本申請案之利用伺服馬達及控制系統與沖床 的滑塊連桿機構的結合，對不同的加工類型給與適合的轉速函數，來控制伺服馬達。 基於此原因，本創作人遂以多年的研發經驗，創作出一種軟體控制式伺服沖床機構，得以用軟體控制伺服馬達的輸入轉速，使得遂行剪切與引伸加工時，馬達可以不同的轉速函數運轉，而對兩種加工型態均可以得到最佳的加工效果。 發明目標 本發明之首要目的係揭示一種通用型多功能變轉速伺服控制式曲柄滑件沖床系統，由伺服馬達驅動之變轉速曲柄滑件沖床系統，可對應不同之衝壓加工，提供不同的輸入轉速，進而達成單一沖床可兼顧各類型加工之目的。 本發明之另一目的，係揭示將此通用型多功能變轉速伺服控制式曲柄滑件沖床系統運用於傳統機械式沖床，亦即由傳統機械式沖床加以升級。 凡是熟悉該技藝的人士在閱讀下列經由不同圖解所展示之較佳實施例詳細說明後，無疑地將非常清楚本發明所揭示之目的和優點。 圖式簡單說明 圖1：瓦特Ⅱ型牽桿式沖床機構 圖2：AMMADA－150L牽桿式沖床機構 圖3：黃文敏（中華民國專利248739）之引伸與剪切泛用型牽桿式沖床機構 圖4：伺服控制式曲柄滑件沖床系統構造 圖5：四桿曲柄滑件式沖床機構 圖6：變轉速伺服控制式曲柄滑件沖床－剪切加工(a)馬達輸入轉速 (b)滑件輸出速度kk.......變轉速輸入結果 hh.......等轉速輸入結果 圖7：變轉速伺服控制式曲柄滑件沖床－引伸加工(a)馬達輸入轉速 (b)滑件輸出速度kk.......變轉速輸入結果 hh.......等轉速輸入結果 主要元件符號說明 1．．．沖床機架 2．．．曲柄 3．．．連結桿 4．．．滑件 5．．．連軸器 6．．．伺服馬達 7．．．連桿機構 8．．．微電腦 11．．．沖床機架 12．．．曲柄 13．．．連結桿之一 14．．．連結桿之二 15．．．連結桿之三 16．．．滑件 21．．．沖床機架 22．．．曲柄 23．．．連結桿之 24．．．連結桿之二 25．．．連結桿之三 26．．．滑件 31．．．沖床機架 32．．．曲柄 33．．．連結桿之一 34．．．連結桿之二 35．．．連結桿之三 36．．．滑件 發明之詳細說明 傳 統的機械式沖床，隨著不同的加工類型，有不同特性的驅動機構予以對應，而同時能通用於剪切加工與引伸加工的驅動機構，僅有如圖1所示之瓦特型機構牽桿式沖 床機構。沖床機架(11)、曲(12)、連結桿一(13)、連結桿二(14)、連結桿三(15)、滑件(16)；而夾角[β]係連結桿二(14)內部幾何 形狀之角度。然而目前，此種瓦特Ⅱ型沖床機構僅通用於剪切加工與引伸加工。如圖2所示之AMMADA-150L牽桿式沖床，由於其尺寸設計未對各種沖壓加 工類型作最佳化，所以在加工區段無法得到良好的等速性，而獲得良好的加工品質。沖床機架(21)、曲(22)、連結桿一(23)、連結桿二(24)、連結 桿三(25)、滑件(26)。 黃文敏等人於中華民國專利248739號，提出一種如圖3所示之同為瓦特Ⅱ型之引伸與剪切泛用型牽桿式沖床，其尺寸 設計已對引伸與剪切兩種不同沖壓加工類型作最佳化，沖床機架(31)、曲(32)、連結桿一(33)、連結桿二(34)、連結桿三(35)、滑件 (36)。然而與其說此種泛用型牽桿式沖床可同時滿足引伸與剪切兩種加工類型，其實該沖床是在兩種加工類型動作中取得妥協。 本發明利用伺服馬達及 控制系統與沖床的滑塊連桿機構的結合，對不同的加工類型給於適合的轉速函數，來控制伺服馬達。此種利用伺服馬達及控制系統，來取代傳統沖床上的定轉速馬 達，其主要目的在利用伺服馬達改變轉速的控制，使沖床上的滑塊連桿機構中的動平台在上、下衝程的過程，有不同的速度；用來配合加工過程或加工不同材料，在 動平台上不同的速度需求。同時，對不同的加工類型，事先定一些適合的轉速函數，在控制伺服馬達時使用，使加工達到較佳的效果。 本發明是一種多功能 變轉速伺服控制式曲柄滑件沖床系統，旨在提供一種通用型的沖床系統，可針對各種不同類型的加工提供最佳化之沖床運動，以得到最佳加工效果。本發明的沖床系 統構造如圖4所示：一種具多功能變轉速伺服曲柄滑件之沖床構造，主要包括一伺服馬達、一微電腦控制器、一連桿式機構、以及一連軸器；其中：一沖床機架本體 (1)一伺服馬達(6)，作為沖床之動力源；一連軸器(5)，係將將伺服馬達與連桿式機構之曲柄(2)連接；一連桿式機構(7)，係具有一曲柄(2)、一 或數個連結桿(3)、以及一滑件(4)組成之機構，該曲柄由伺服馬達透過連軸器(5)帶動，再經由該等連結桿件傳達至滑件；一微電腦控制器(PC based controller, 8)，用以儲存各種加工形態所需之馬達轉速函數，並於沖床運轉期間，即時控制伺服馬達(6)以所選用之轉速運轉；以及本沖床構造藉由上述的組合，由伺服馬 達以變轉速方式帶動該具有曲柄輸入、滑件輸出之連桿式機構，經該機構作運動類型的轉換，最終由滑件帶動沖床之工作平台執行沖壓作業者。 該伺服馬達 透過連軸器(5)直接連到沖床之曲柄滑件機構的曲柄(2)上，以連結桿(3)連接滑件(4)，構成連桿機構(7)。另外配備數位信號處理器(DSP)之微 電腦PCbased controller，8)，以帶動伺服馬達(6)，控制其轉速變化，針對不同的加工類型給予適合該行業之轉速函數；作為變轉速運動為系統控制中心。另外 在伺服馬達與沖床滑體均設置位移（或角位移）與速度（或角速度）感應器，可接受信號並傳送至傳送到數位信號處理器(DSP)之微電腦(PCbased controller，8)，以便對伺服馬達行回授控制。伺服馬達透過連軸器(1)直接連到沖床之曲柄滑件機構的曲柄2上，經由一或數個連結桿(3)傳動 至滑件(4)，由滑件帶動沖床之工作平台執行沖壓任務。 所謂將通用型多功能變轉速伺服控制式曲柄滑件沖床系統運用於傳統機械式沖床.亦即升級傳統 機械式沖床。係以加裝方式對既有之傳統機械式沖床作升級，則只要拆下原沖床配備之一般馬達，換之以一伺服馬達(6)，再加裝配備有數位信號處理器 (DSP)之微電腦(PC based 黑cotroller,8)，並輔以必要之位移（或角位移）與速度（或角速度）感應器，則該沖床便具備本專利之相同功能。 以一個四桿曲柄滑件式沖床構造如圖5所示，配合兩種運動曲線圖形加以說明： 1. 若執行剪切加工時，使微電腦控制器控制馬達在一個週期內，以圖6(a)曲線所示之變轉速運轉，則可得到如圖6(b)曲線所示之沖床運動曲線。此沖床運動曲 線在沖壓動作過程（於無因次化時間0.4至0.5間）具有低剪切加工速度，等剪切速度，低滑件加速度的特性，適合精密剪切加工。 2.引伸加工時，使微電腦控制器控制馬達在一個週期內，以圖7(a)曲線所示之變轉速運轉，則可得到如圖7(b)曲線所示之沖床運動曲線。此沖床運動曲線在沖壓動作過程（於無因次化時間0.2至0.35間）具有等引伸加工速度，低滑塊加速度的特性，適合深度引伸加工。 綜合上述所陳，本發明使得一個具有曲柄輸入、滑件輸出之連桿式沖床，對各種型態的沖壓加工均能有最佳化的性能表現，為一深具實用性與進步性之發明，可提供產業上利用的價值；然未見有相同或相近的產品與刊物公開，從而允符發明專利申請要件，爰依法提出申請。 圖式簡單說明 圖1：瓦特Ⅱ型牽桿式沖床機構 圖2:AMADA－150L牽桿式沖床機構 圖3：黃文敏（中華民國專利248739）之引伸與剪切泛用型牽桿式沖床機構 圖4：伺服控制式曲柄滑件沖床系統構造 圖5：四桿曲柄滑件式沖床機構 圖6：變轉速伺服控制式曲柄滑件沖床－剪切加工(a)馬達輸入轉速kk.......變轉速輸入結果(b)滑件輸出速度hh.......等轉速輸入結果 圖7：變轉速伺服控制式曲柄滑件沖床－引伸加工(a)馬達輸入轉速kk.......變轉速輸入結果(b)滑件輸出速度hh.......等轉速輸入結果 主要元件符號說明 1．．．沖床機架 2．．．曲柄 3．．．連結桿 4．．．滑件 5．．．連軸器 6．．．伺服馬達 7．．．連桿機構 8．．．微電腦 11．．．沖床機架 12．．．曲柄 13．．．連結桿之一 14．．．連結桿之二 15．．．連結桿之三 16．．．滑件 21．．．沖床機架 22．．．曲柄 23．．．連結桿之一 24．．．連結桿之二 25．．．連結桿之三 26．．．滑件 31．．．沖床機架 32．．．曲柄 33．．．連結桿之一 34．．．連結桿之二 35．．．連結桿之三 36．．．滑件 |
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| 十、申請專利範圍： | |
| 1.一種具多功能變轉速伺服曲柄滑件之沖床構造，主要包括一伺服馬達、一微電腦控制器、一連桿式機構、以及一連軸器；其中：一伺服馬達，作為沖床之動力 源；一連軸器，係將將伺服馬達與連桿式機構之曲柄連接；一連桿式機構，係具有一曲柄、一或數個連結桿、以及一滑件組成之機構，該曲柄由伺服馬達透過連軸器 帶動，再經由該等連結桿件傳達至滑件；一微電腦控制器，用以儲存各種加工形態所需之馬達轉速函數，並於沖床運轉期間，即時控制伺服馬達以所選用之轉速運 轉；以及本沖床構造藉由上述的組合，由伺服馬達以變轉速方式帶動該具有由柄輸入、滑件輸出之連桿式機構，經該機構作運動類型的轉換，最終由滑件帶動沖床之 工作平台執行沖壓作業。 2.如申請專利範圍第1項所述之沖床構造，其中伺服馬達得由一配備數位信號處理器之微電腦或個人電腦控制其轉速變化，針對不同的加工類型給予適合之轉速函數。 3.如申請專利範圍第1項所述之沖床構造，其中伺服馬達與沖床滑體均設置位移(或角位移)與速度(或角速度)感應器，俾利信號回授至微電腦控制器進行即時控制。 4.升級傳統機械式沖床，係加裝如申請專利範圍第2項所述之配備數位信號處理器之微電腦或個人電腦控制，以及加裝如申請專利範圍第2項所述之位移(或角位移)與速度(或角速度)感應器者。 |
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| 十一、圖式： | |
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