金属薄片加工机器的制作方法

本发明涉及一种金属薄片加工机器，特别是涉及一种配备有液压驱动系统的金属薄片加工机器，该液压驱动系统适于以单独且独立的方式驱动多个加工工具，例如冲孔工具和/或切割工具。

已知的金属薄片加工机器，其配备有多压力机(multi-press)或多工具冲孔设备和/或单个冲孔设备和/或切割或剪切设备，因此可以同时和/或依次对待加工的金属薄片进行多个冲孔和切割操作。

已知的多工具冲孔设备包括多个冲孔工具或冲头，这些冲孔工具或冲头在一排或多排上相邻且并排布置，例如形成平行排矩阵结构，并由线性致动器(通常为液压缸)构成的相应压力机以单独且独立的方式线性驱动，以与工件相互作用。

多压力机冲孔设备包括依次进行工件所需的机加工所有必要的所有工具。这样，就不必在生产周期期间进行工具的更换操作，从而省去了用于更换工具的停顿(从而提高了机器的生产效率)和用于安装和更换工具的自动装置(简化了机器结构)。

已知的切割设备或剪切单元通常包括彼此正交的两个刀片，其可沿相应的轴线独立地移动以在金属薄片上进行切割。刀片或剪刀由相应的线性致动器驱动，通常由适当尺寸的液压缸驱动。

在组合机器中，也称为冲孔剪切机，它包括切割设备和多压力机冲孔设备，后者通常被集成到单一结构中。

为了正确进行冲孔和/或切割加工，必须检查沿每个工具沿相应工作轴的位置、位移或行程以及速度，因为这些参数取决于并且是工件的厚度和材料类型和/或要进行的加工类型的函数。

为了驱动和精确地控制冲孔和/或切割工具的运动，已知的机器配备有液压驱动系统，该液压驱动系统能够以单独且独立的方式供应并因此驱动液压缸，其活塞连接至相应工具并移动相应工具，以便在同一工作阶段对工件进行单次加工或多次加工。

已知的液压驱动系统通常包括一个或多个由电动机驱动的液压泵，该液压泵向供应回路供应高压(最高300bar)液压流体(油)，该液压泵通过合适的旁路和调压阀连接到每个液压缸。通过上述阀，因此可以选择液压缸(即将要被驱动的工具)，缸的活塞的运动方向(即活塞/工具的工作行程或返回行程)和液压缸的供应压力(即工具施加在工件上的冲孔力)。计算液压泵向供应回路供油的高压(最高300bar)，以确保冲孔设备的一个或多个液压缸在工件上施加最大的冲孔力。

但是，在通常的工作过程中，在工件上进行的机加工中只有一小部分(约20％)需要施加最大的冲孔力或切削力，即液压缸的最大供应压力，通常所需的供应压力小得多(60-100bar)。

因此，设置有前述液压驱动系统的机器的缺点在于高功率消耗(在高压供应回路中泵送油所必需的)和总体上的低功率效率(实际上在大多数机加工中必须降低油压)。

另一个缺点在于，事实上由于高的供应压力和由于液压缸的控制阀中的压力降低而导致的散热，油会升温，因此必须通过冷却装置进行适当的冷却，这就使机器更加复杂和昂贵。

本发明的一个目的是改进已知的金属薄片加工机器，尤其是设置有多个以单独且独立的方式驱动的加工工具的机器，例如冲孔工具和/或切割工具。

另一个目的是提供一种具有低功率消耗和高功率效率的机器。

另一个目的是提供一种机器，该机器允许加工工具以最佳方式执行加工过程，例如冲孔和切割，特别是能够以精确和准确的方式驱动并控制每个工具沿着相应的工作轴线的位置、位移和速度。

本发明的第一方面提供了根据权利要求1所述的金属薄片加工机器。

本发明的第二方面提供了一种用于驱动根据权利要求9所述的金属薄片加工机器中的加工工具的方法。

可以参考附图更好地理解和实施本发明，附图示出了本发明的一些示例性和非限制性实施例，其中：

-图1是具有液压驱动系统的金属薄片加工机器的局部示意图，该液压驱动系统用于移动由各个液压缸驱动的多个加工工具；

-图2是类似于图1的示意图，其示出了以一工作配置的机器和液压驱动系统，在该配置中，液压缸被驱动以在工件上移动相应的加工工具；

-图3是类似于图1的示意图，其示出了以另一工作配置的机器和液压驱动系统。

参考图1，示意性地部分示出了根据本发明所述的金属薄片加工机器100，其包括液压驱动系统1，该液压驱动系统1适于沿相应的工作轴线a、b、c以单独且独立的方式驱动前述机器100的多个加工工具51、151、61，并对至少一个工件200进行相应的加工。

特别地，在附图所示的和下面描述的实施例中，例如机器100是组合式冲孔切割机，其包括多压力机冲孔设备50、单个冲孔设备150和切割设备60，并且液压驱动系统1被布置为以单独且独立的方式驱动多压力机冲孔设备50的多个冲孔加工工具或冲孔工具51，单个冲孔设备150的单个冲孔加工工具或冲孔工具151以及切割设备60的一个或多个切割加工工具或切割工具61。

机器100也可以是仅设置有多压力机冲孔设备50的冲孔机。

已知类型的多压力机冲孔设备50的冲孔工具51，为便于表示仅在附图中示出了一个，冲孔工具51并排布置成几排，以形成冲孔工具51的矩阵结构。

已知类型的切割设备60或剪切单元例如包括彼此正交的两个刀片61，其可沿相应的轴线独立地移动以在金属薄片上进行切割，为了便于表示仅在附图中示出了其中一个。

多压力机冲孔设备50、单个冲孔设备150和切割设备60可以依次在同一工件200上或同时在两个或多个工件200上加工。

液压驱动系统1包括多个液压缸或千斤顶2、102、202，每个液压缸或千斤顶均被关联并布置为驱动相应的加工工具51、151、61。每个液压缸包括相应的活塞21、121、221，其在液压缸2、102、202的内部形成推力室22、122、222和返回室23、123、223，并与相应的加工工具51、151、61相关联使其沿相应的工作轴线a、b、c移动。更精确地，活塞21、121、221包括在相应的液压缸2、102、202内滑动的主体，以形成两个容积可变的腔室和阀杆，该阀杆从液压缸2、102、202突出并通过已知但图中未示出的连接装置而连接到相应的加工工具51、151、61。

参照图1的实施例，液压驱动系统1包括多个第一液压缸2(仅示出了其中一个)，用于驱动多压力机冲孔设备50的多个冲孔工具51。每个第一液压缸2均设置有相应的第一活塞21，该第一活塞21在上述第一液压缸2内形成第一推力室22和第一返回室23，并与相应的冲孔工具51相关联以使其沿相应的第一工作轴线a移动。液压驱动系统1还包括第二液压缸102，用于驱动单个冲孔设备150的单个冲孔工具151。第二液压缸102设置有相应的第二活塞121，该第二活塞121在第二液压缸102内形成第二推力室122和第二返回室123，并与相应的冲孔工具151相关联以使其沿相应的第二工作轴线b移动。

最后，液压驱动系统1包括至少一对用于驱动切割设备60的两个切割工具61的第三液压缸202(仅示出了其中一对)。每个第三液压缸202均设置有相应的第三活塞221，该第三活塞在第三液压缸202内形成第三推力室222和第三返回室223，并与相应的冲孔工具61相关联以使其沿相应的第三工作轴线c移动。

液压驱动系统1还包括第一泵3，该第一泵3(特别是通过由多个供应管道形成的供应回路12)连接到液压缸2、102、202的推力室22、122、222。可逆型的第一泵3被布置为在一个或多个所述推力室22、122、222中以供应压力pa输送流体，特别是油，以便在驱动阶段沿工作方向推动相应的活塞21、121、221，并允许与其相关联的加工工具51、151、61与工件200相互作用，或者在返回阶段从推力室22、122、222抽吸流体，以允许相应的活塞21、121、221沿着与工作方向相反的返回方向移动，以使加工工具51、151、61从工件200上分离并移除。特别地，在驱动阶段，第一泵3输送油直至达到供应压力pa，该供应压力pa是所需的力的函数，加工工具必须在工件200上施加该所需的力以进行所需的机加工。

液压驱动系统1包括处于大气压力下的流体储存器或油储存器15，该流体储存器或油储存器15通过排放回路14连接至第一泵3的一个口部，第一泵3的另一个口部通过供应回路12连接至液压缸2、102、202。在驱动阶段，第一泵3从储存器15中抽出油，并将其加压后输送至液压缸2、102、202；在返回阶段，第一泵3将由液压缸2、102、202所吸的流体倒入储存器15中。

液压驱动系统1还包括多个阀4，特别是嵌入供应回路12中，每个阀与相应的液压缸2、102、202相关联，该阀介于第一泵3和液压缸2、102、202的推力室22、122、222之间，并且可以启动打开以使第一泵3与推力室22、122、222流体连接，从而沿工作方向驱动液压缸2、102、202和相关的加工工具51、151、61。

液压的或加压的蓄能器5，特别是通过由多个返回管道形成的返回回路13连接到液压缸2、102、202的返回室23、123、223。已知类型的并且因此未进一步详细描述的液压蓄能器5布置成将流体以确定的预载压力下保持在返回室23、123、223中，特别是沿返回方向移动一个或多个相应的液压缸2、102、202的活塞21、121、221，其通过启动相应的阀4而被选择性地驱动。

应当注意的是，液压缸2、102、202的返回室23、123、223中的流体预载压力赋予液压缸以及赋予供应回路12和返回回路13更大的刚性，即赋予整个液压驱动系统1更大的刚性，这样一来，在对工件200进行机加工期间，活塞21、121、221的运动更灵敏且更精确，因此加工工具51、151、61的运动也更加灵敏和精确。

还应注意，在每个液压缸2、102、202中，加工工具51、151、61能够施加在工件200上的力由以供给压力作用于活塞21、121、221上的流体在推力室22、122、222中获得的沿工作方向上的推力和以预载压力作用于活塞21、121、221上的流体在返回室23、123、223中获得的沿返回方向上的反作用力之间的差值给出。

液压驱动系统1包括电动机6，电动机6由机器100的控制单元10控制，并被布置为在两个旋转方向上驱动可逆型的第一泵3，以这样的方式使第一泵3输送确定流量的加压流体。更精确地，控制单元10特别是通过根据工作条件，例如在要驱动的加工工具51、151、61(即液压缸)的数量，要施加在工件200上的力(即向液压缸的供应的油压)，改变驱动第一泵3的电动机轴6a的旋转扭矩、速度和加速度来调节电动机6的操作。为此，液压驱动系统1包括嵌入供应回路12中的多个压力传感器17，每个压力传感器与相应的液压缸2、102、202相关联并且能够测量推力室3、103、203中的流体压力。压力传感器17连接到控制单元10以向其发送与检测到的压力有关的信号。

在附图所示的实施例中，本发明的机器100的液压驱动系统1包括也是可逆型的第二泵7，其特别是通过传动轴联接并连接到第一泵3，并且与第一泵3基本相同。两个泵3、7由控制单元10控制的同一电动机6驱动，从而以相同的速度一起旋转，并且向液压缸2、102、202输送确定流量的压力油。

在图中未示出的本发明的机器100的变型中，液压驱动系统1的第一泵3和第二泵7被集成在设置有两个组合的泵单元的单个泵中。

第一差动阀8介于第二泵7与液压缸2、102、202的推力室22之间，并且当推力室22、122、222中的至少一个中的供应压力pa超过第一工作压力p1时，可启动第一差动阀8，以便将第二泵7连接至油储存器15，并使第二泵7旁通或置于再循环中，并允许将电动机6的所有动力传递到第一泵3，因此该第一泵3可以以较高压力值推动和压缩油。第一差动阀8例如是三通阀，该三通阀嵌入供给回路12中并且经由第一排放管道16连接到储存器15。第一差动阀8例如由控制单元10根据压力传感器17发送的压力信号控制和启动。可替代地，第一差动阀8可以是由先导阀驱动的伺服阀，该先导阀由供应回路12中的流体的压力启动。

液压驱动系统1还包括第二差动阀9，该第二差动阀9介于液压蓄能器5和液压缸2、102、202的返回室23、123、223之间，并且当推力室22、122、222中的至少一个中的供应压力pa超过第二工作压力p2时，可启动第二差动阀9，以便将推力室23、123、223连接至储存器15，并使后者进入排放状态，即在大气压下。这样，尽管推力室22、122、222中的流体的供应压力pa保持恒定，但是随着返回室23、123、223中的压力减小至大气值，冲孔和/或切割力增大。因此，可以以这种方式控制供给压力pa的值并减少第一泵3的功耗。

第二工作压力p2的值高于第一工作压力p1的值。

第二差动阀9例如是三通阀，该三通阀嵌入返回回路13中并且经由第二排放管道18连接至储存器15。第二差动阀9例如由控制单元10根据压力传感器17发送的压力信号控制和启动。可替代地，第二差动阀9可以是由先导阀驱动的伺服阀，该先导阀由供应回路12中的流体的压力启动。

设置有液压驱动系统1的本发明的金属薄片加工机器100的操作提供了移动工具或加工工具51、151、61，以对工件200进行所需的机加工。例如在图2的示例性工作配置中，液压驱动系统1被控制为通过驱动相应的第一液压缸2来移动多压力机冲孔设备50的多个冲孔工具51中的一个。通过启动打开相应的阀4并在第一旋转方向上驱动第一泵3和第二泵7，以便将加压油输送到第一推力室22来驱动第一液压缸2。更精确地，电动机2由控制单元10控制，以使泵沿第一旋转方向以确定的速度和扭矩旋转，从而泵3、7以供应压力pa输送稳定流量的油，这与工具在工件200上施加的力(在这种情况下为冲孔)有关，即工件200抵抗加工(特别是冲孔)的阻力。

液压驱动系统1还能够通过驱动相应的第一液压缸2来同时移动多压力机冲孔设备50的多个冲孔工具51中的多个工具，或者能够通过驱动第二液压缸102来驱动单个冲孔设备150的单个冲孔工具151，或者甚至于通过驱动相应的第三液压缸202来驱动切割设备60的至少一个切割工具61，该操作与以下针对多压力机冲孔设备50的单个冲孔工具51所述的操作相同。

由于(冲孔或切割)力取决于所使用工具的类型(形状、尺寸等)，要进行的具体加工(钻孔、切割、变形等)以及工件200的材料，在机加工的过程中可以改变，特别是增加，通常供应压力pa也可以在推力室22、122、222内改变(增加)，从而导致电动机6必须为泵3、7供应的扭矩或功率的增加，以便泵3、7提供所需的供应压力pa。一旦在工件200上进行了机加工，则通过使第一液压缸2的第一活塞21沿返回方向移动而使冲孔工具51从工件200上分离并移除。这是通过使电动机2的旋转方向反转来实现的，即通过使泵3、7沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转，从而从第一推力室22吸油并将其向储存器15输送。以这种方式，第一推力室22中的流体的压力减小(至接近大气压的值)，从而使包含在第一返回室23中的在预载压力(由液压蓄能器5保证)下的流体沿返回方向推动第一活塞21。

应当注意，使用液压蓄能器5在返回方向上移动活塞21、121、221，能够简化液压驱动系统1并使之更加经济，因为这避免了使用另外的阀将从泵3、7分配的流体输送至返回室23、123、223。此外，基本上被驱动以将推力室22、122、222连接到储存器15的电动机6和泵3、7的功率消耗是最小的，并且比泵3、7在返回方向上移动活塞21、121、221所需的功率消耗更低。

图3示出了机器100的液压驱动系统1的另一工作或操作配置，其通过启动相应的阀4来提供驱动单个冲孔工具51的高冲孔力，该阀4允许泵3、7将加压流体输送至相应的第一液压缸2。在这种配置中，在第一活塞21和相应的冲孔工具51的行程中，驱动力或冲孔力逐渐增大，则第一推力室22内的供应压力pa随之增加。当超过第一工作压力p1时，第二泵7被置于再循环中，即第二泵7在输送中被连接至油储存器15以将流体输送至油储存器15，从而启动第一差动阀8。以此方式，第二泵7基本上被排除在操作之外，并且电动机6的所有功率被供应到第一泵3，因此可以保证供应压力pa所需的增加。更精确地，基本上可以在不增加电动机6的功率或仅将其增加到有限范围的情况下，通过减小流体的流量或第一活塞21的速度来增加供应压力pa，从而可以控制整个液压驱动系统1以及机器100的功率消耗。

在加工过程中，如果驱动力进一步增加，则推力室22内的供应压力pa随之增加，当超过第二工作压力p2时，则第二差动阀9被启动，该第二差动阀9使第一返回室23与储存器15流体连接(flowconnection)，即，使返回室23进入排放状态，处于大气压下。这样，推力室22中的流体的供给压力pa可以保持基本恒定(等于第二工作压力p2)或有限地增加，但是由于第一返回腔室23中的压力减小到大气值，即活塞在返回方向上的反作用力降低，则沿工作方向施加在第一活塞21上的有效力，即驱动力显著增加。换句话说，通过第二差动阀9排放第二返回室23，可以显着增加驱动力而无需增加供给压力pa或增加电动机2的功率，从而可以控制机器100的功率消耗。

同样在这种情况下，一旦在工件200上的机加工结束，则通过使第一活塞21沿返回方向移动来使冲孔工具51从工件200分离并移除，特别是通过使泵3、7沿第二旋转方向旋转，以这样的方式从第一推力室22抽吸流体并将其向储存器15输送，并使第二差动阀9停用，以便将第一返回室23再次连接至液压蓄能器5。这样，降低了第一推力室22中的流体的压力，从而允许包含在第一返回室23中的在预载压力(由液压蓄能器5保证)下的流体沿返回方向推动第一活塞21。

在本发明的机器100的液压驱动系统1被布置为通过驱动相应的第一液压缸2来同时移动多压力机冲孔设备50的多个冲孔工具51的几个工具，或者通过驱动第二液压缸102来移动单个冲孔设备150的单个冲孔工具151，或者甚至于通过驱动相应的第三液压缸202来驱动切割设备60的至少一个切割工具61的情况下，可以获得类似的操作。

由于本发明的金属薄片加工机器100的液压供应系统1，因此可以以精确且准确的方式，单独且独立地驱动多个加工工具，以在工件200上同时进行一个或多个加工。更精确地，通过启动阀4，可以选择驱动一个或多个液压缸2、102、202以移动相应的加工工具，特别是单个冲孔设备150的单个冲孔工具151中的至少一个、切割设备60的一个或多个切割工具61以及多压力机冲孔设备50的多个冲孔工具51中的至少一个。

通过作用于由控制单元10控制的电动机6来调节泵3、7的旋转速度，可以调节液压缸2、102、202的推力室22、122、222中的流体的流量和供应压力，因此能够沿着工作轴线a、b、c精确且准确地控制活塞21和相应的冲孔工具51的位置、位移和速度。其精度和灵敏性，即对本发明的液压缸2、102、202和整个液压驱动系统1的命令和调整(缸中的流体的流量和/或压力的变化)作出反应的能力，也是通过整个液压驱动系统1获得的刚性来保证的，正如已经强调的那样，连接液压缸2、102、202的返回室23、123、223与液压蓄能器5，该液压蓄能器5将流体保持在确定的预载压力下。

允许沿返回方向移动活塞21、121、221的液压蓄能器5还可以简化液压驱动系统1并降低成本，因为这避免了使用另外的阀将从泵3、7供应的流体输送至返回室23、123、223，并减少了电动机6和泵3、7的功率消耗，泵3、7不必输送加压流体以使上述活塞21、121、221沿返回方向运动。

由于使用两个差动阀8、9，这两个差动阀在液压缸2、102、202中的供应压力pa分别达到第一工作压力p1和第二工作压力p2时被启动，本发明的机器100的液压驱动系统1还具有较低的功率消耗和较高的功率效率。更精确地，当供应压力pa超过第一工作压力p1时，第二泵7被置于再循环中，该第二泵7在输送中被连接至油储存器15，从而启动第一差动阀8，使得电动机6实际上仅驱动第一泵3。因此，可以在不增加功率，从而不增加电动机6的功耗的情况下，确保供应压力pa所需的增加。

当供应压力pa超过第二工作压力p2时，第二差动阀9也被启动，该第二差动阀使返回室23和储存器15处于流体连接。因此，推力室22、122、222中的流体的供应压力pa可以基本保持恒定或有限地增加，这是因为通过减小返回室23、123、223中的压力而沿工作方向施加在活塞21、121、221上的有效力，即冲孔/切割力得以增加。冲孔/切割力增加而无需增加供应压力pa，即无需增加电动机2的功率。

因此，由于液压驱动系统1，本发明的机器100在功率消耗上比已知的金属薄片加工机器更有效。

还应当注意，使用包括有限数量的阀和常规液压蓄能器的液压驱动系统1是简单且经济的，并且具有减小的和紧凑的尺寸和空间要求。

根据本发明的用于以单独且独立的方式驱动配备有上述液压驱动系统1且在图1至图3中示出的金属薄片加工机器100的多个加工工具51、151、61的方法包括：

-通过启动相应的阀4来选择至少一个待驱动的加工工具51、151、61，该阀介于可逆型的被布置为以供应压力pa输送流体的第一泵3和作用于选定的加工工具51、151、61上的液压缸2、102、202之间；

-沿第一旋转方向驱动第一泵3，以便将加压流体送入液压缸2、102、202的推力室22、122、222，从而沿工作方向推动其活塞21、121、221，并使与活塞21、121、221相关联的选定的加工工具51、151、61能够在工件200上进行机加工；

-一旦进行上述机加工，就沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向驱动第一泵3，以从推力室22、122、222抽吸流体，其中活塞21、121、221通过加压流体沿返回方向被推动，该加压流体通过液压蓄能器5被输送至液压缸2、102、202的返回室23、123、223，以使加工工具51、151、61从工件200上分离并移除。

该方法还涉及在第一泵3的驱动期间还沿第一旋转方向驱动可逆型的第二泵7，该第二泵特别是与第一泵3联接并连接，以便将流体输送至液压缸2、102、202的推力室22、122、222直到达到第一工作压力p1，当超过该压力时，通过启动第一差动阀8，将第二泵7置于再循环中并连接至储存器15，向储存器15中输送流体。

还涉及在可逆型第一泵3的驱动期间，当推力室22、122、222中的流体压力超过第二工作压力p2时，通过启动第二差动阀9，将液压缸2、102、202的返回室23、123、223连接至储存器15。