冲压设备技术领域
本发明涉及用于加工金属工件和/或片材的机械工具，且本发明具体涉
及一种冲压设备，其可安装到冲压机上以便执行切割和冲压操作。
背景技术
已知的冲压机包括冲压设备，即所谓的冲头，其沿着作业轴线支撑和
移动冲压工具，所述冲压工具作用于工件上，与下面的冲模或反向凸模
(counterpunch)配合，所述工件通常是金属片材。冲模通常固定到冲压机
的作业台上，所述作业台支撑待加工的工件。
在具有单个工具的冲头中，单个工具可拆卸地安装到支撑元件上，支
撑元件即所谓的芯轴，其通过相应的致动器沿着作业轴线线性驱动和围绕
作业轴线旋转。沿着作业轴线在两个相反方向上的线性运动使得在冲压过
程中形成工具的作业冲程和返回冲程。围绕作业轴线的旋转运动使得冲压
工具能够旋转以及可改变其角度取向(转位)以便在待被加工的工件上执
行不同的切割操作或冲压操作。
两个不同的致动器用于移动芯轴，所述芯轴分别以线性的方式和旋转
的方式支撑工具。致动器可以是液压的或电动的。在后一种情况下，致动
器包括旋转的电动马达，其定位在芯轴的两侧处并通过相应的传动器件作
用于芯轴。具体地，第一电动马达作用于螺杆-螺母螺旋装置上，其将由第
一电动马达赋予的旋转转换成芯轴的平移运动。第二电动马达例如通过花
键联轴器作用于芯轴上，以便将必要的旋转传递到后者即芯轴。两个电动
马达在芯轴的两侧处的布置使得冲头特别笨重。
在多工具的冲头中，提供击打元件，即所谓的撞锤(ram)，其沿着作
业轴线线性移动并作用于选定的工具上，将用于在工件上执行加工操作所
必需的动能和线性运动赋予工具。
冲压工具容纳在工具保持装置内，所述工具保持装置固定到冲头并位
于撞锤和待被加工的工件之间。工具保持装置通常包括转鼓，工具可滑动
地容纳在其中，所述工具围绕转鼓的旋转轴线周向布置。
冲头可进一步设有工具保持转台，多个工具保持装置安装在工具保持
转台上。工具保持转台可通过相应的致动器围绕相应的旋转轴线旋转。单
个工具保持装置可围绕转台的上述旋转轴线可旋转地安装并以角度间隔
开。通过使得转台适当地旋转，加工操作所需的工具保持装置可被选定且
定位在撞锤处。
在具有固定头的多工具的头部中，除了线性地沿着作业轴线移动以驱
动工具之外，撞锤围绕上述作业轴线旋转，以选择和驱动所需的工具。
为了角度取向(转位)，通过使得工具保持装置和撞锤以协调的方式旋
转来实现冲压工具围绕相应轴线的旋转。
同样在这种情况下，使用两个不同的致动器，以便采用大致类似于给
设有芯轴的单个工具头部所提供那些的建设性的方案分别以线性和旋转的
方式驱动撞锤。
额外地设置第三致动器，使得工具保持装置旋转以及使得工具以角度
取向，该第三致动器通常是旋转电动马达。
在具有旋转头的多工具的头部中，撞锤仅具有线性运动，工具的选择
和其角度取向通过使得头部的部分和工具保持装置以协调的方式旋转而实
现。
具有固定头或旋转头的已知的多工具冲压设备的一个缺点是它们需要
三个不同的致动器，用于移动撞锤、选择冲压工具和使得冲压工具以角度
取向。三个致动器和相应的传动器件通常是复杂的，并导致冲压设备具有
相当大的尺寸和高的成本。
发明内容
本发明的一个目的是改进已知的冲压设备，特别是多工具的冲压设备。
另一个目的是提供一种具有简单和紧凑的结构以及减小的尺寸的冲压
设备。
进一步的目的是制造一种冲压设备，其使得冲压过程能够以最优方式
执行，且同时使得使用受限数量的致动器来选择冲压工具和/或使得冲压工
具以角度取向。
在本发明的第一方面，提供根据权利要求1所述的一种冲压设备。
在本发明的第二方面，提供根据权利要求16所述的一种冲压设备。
附图说明
参照附图可更好地理解并实施本发明，所述附图示出本发明的一些非
限制性的示例性实施例，其中：
-图1是本发明冲压设备的纵向截面视图，其中击打元件处于内部操
作位置中；
-图2是设备的纵向截面视图，其中所述击打元件处于外部操作位置
中；
-图3是图1所示冲压设备的透视图；
-图4是图1所示设备的局部放大截面视图，其具体示出工具保持转
台器件和工具保持单元。
具体实施方式
参考图1至图4，示出本发明的冲压设备1，其能够与冲压机工具相关
联，所述冲压机工具为已知类型且未示出，该冲压机工具适于在工件上进
行切割和/或冲压操作，所述工件特别是金属片材。冲压设备1，通常也被
称为冲头，包括击打元件2，即所谓的撞锤，其布置成用于与冲压工具30
即所谓的凸模(punch)相互作用，并且可在容纳器件3内部沿着作业轴线
移动和围绕作业轴线A运动。具体地，在所示的实施例中，击打元件2从
冲压工具分离，并且在操作过程中进行击打，并且将冲压工具逐步推动并
移动到抵靠待被加工的工件。
设备1包括第一旋转致动器4，其通过传动器件10联接到击打元件2
以便使得后者即击打元件2沿着作业轴线A线性地移动并驱动冲压工具
30。击打元件2和与其相关联的冲压工具30因此在两个方向上沿着作业冲
程移动，所述冲程具有长度，该长度取决于待被加工的工件的厚度。具体
地，击打元件2在内部操作位置R(图1)和外部操作位置T(图2)之间
移动，其中在内部操作位置R中，所述击打元件2在容纳器件3内且与冲
压工具30间隔开并脱离接合，其中在外部操作位置T中，所述击打元件2
将冲压工具30推动到其最大外部延伸位置中。
该设备1还包括第二旋转致动器5，其连接到所述击打元件2并布置
成用于使得后者即击打元件2围绕作业轴线A旋转，具体用于使得冲压工
具30以角度取向。
所述容纳器件3包括箱式支撑和容纳结构，其设有适于容纳击打元件
2、传动器件10和第二旋转致动器5的空腔13。容纳器件3使得所述设备
1能够被固定到冲压机的支撑框架。冲压机包括作业台，其用于支撑工件
以及至少一个冲模或反向凸模固定在该作业台上，所述冲模或反向凸模与
冲压工具30配合以便在工件上执行加工操作。
第一旋转致动器包括第一马达，特别是第一电动马达4，其固定到容
纳器件3并设有驱动轴，所述驱动轴与作业轴线A同轴并连接到传动器件
10。具体地，第一电动马达4固定到容纳器件3的外部，基本上与作业轴
线A对准且位于相对于击打元件2的相对侧上。
第一电动马达4例如包括扭矩马达或无刷马达。
第一旋转致动器还可包括液压马达或气动马达。
传动器件10包括：螺杆器件11，所述螺杆器件11由容纳器件3可旋
转地支撑，并通过第一旋转致动器4旋转；以及螺母器件12，其与螺杆器
件11接合并连接到击打元件2；当螺杆器件11旋转时，螺母器件12沿着
作业轴线A移动并平移。
在所示的实施例中，螺杆器件包括再循环滚珠螺杆11，其插入到容纳
器件3的空腔13内，并通过一对轴承可旋转地支撑。螺杆11连接到第一
电动马达4的驱动轴。
螺母器件包括螺母或内螺杆12，其与螺杆11接合并在空腔13内滑动。
防旋转器件31设置成防止螺母12在螺杆11的旋转过程中旋转。防旋转器
件例如包括一个或多个花键。
击打元件2可通过连接元件6可旋转地固定到螺母12的与第一电动马
达4相对的端部。
第二旋转致动器包括第二电动马达5，其设有定子51和转子52，所述
定子51固定到所述容纳器件3，而所述转子52在定子51的内部并与所述
定子51同轴，且以如此的方式连接到击打元件2以至于可随后者即击打元
件2移动。定子51包括相应的圆柱形的管状元件，其固定到空腔13的内
壁，并且以便包封和围绕转子52、击打元件2和传动器件10。
转子52以如此的方式沿着作业轴线A延伸，以至于沿着作业冲程时总
是面对定子51且与定子51接合，并且当第二电动马达5被致动时围绕上
述作业轴线A旋转。具体地，转子52包括成型的管状元件，其部分地包绕
击打元件2和螺母12，并在作业轴线A的方向上纵向延伸，其具有的长度
确保击打元件2在内部操作位置R和外部操作位置T之间的任何位置下，
定子51总是面对转子52的一部分，使得相应的磁场可相互作用，从而确
保第二电动马达5的操作。具体地，转子52的形状和尺寸确保磁场的相互
作用始终使得所述第二电动马达实现所需机器扭矩。
第二电动马达5例如包括扭矩马达或无刷马达。
该设备包括衬套器件14，其固定到空腔13的内壁，并意旨与转子52
接合和可滑动地支撑转子52。
击打元件2设有操作端8，其适于与冲压工具30相互作用。
该设备包括布置成用于检测击打元件2的旋转和/或线性运动的传感器
器件15、16和连接到传感器器件15、16的控制器件，以便以协调和/或交
替(interpolated)的方式来驱动第一旋转致动器4和第二旋转致动器5，如
下面在说明书中更好地进一步解释的那样。传感器器件具体包括至少用于
测量第一旋转致动器4的角速度和位置的第一传感器器件15，以及至少用
于测量击打元件2的旋转的第二传感器器件16。
第一传感器器件15包括直接安装到所述第一电动马达4上(例如与其
集成)的角位置换能器或编码器。一旦已知传动器件10的传动比(旋转-
线性运动)，则控制器件可实际上从第一旋转致动器4的角速度和位置计算
出击打元件2的线性运动和速度。
第二传感器器件16包括角位置换能器或编码器，其包括固定到容纳器
件的第一测量元件(测量头)和固定到击打元件2的第二测量元件(分度
环)。
值得注意的是，由于第二旋转致动器5包括转子52的实施例，有可能
获得特别紧凑、具有减小的整体尺寸的冲压设备(冲头)，其中转子52固
定到击打元件2并能够随击打元件2移动并直接由定子51驱动。具体地，
定子51和转子52与作业轴线A同轴，并且其相对于作业轴线A所具有的
横向尺寸基本上对应于所述传动器件10的横向尺寸。
此外应该指出的是，不同于已知的设备，不需要传动器件诸如齿轮、
正时皮带等将第二电动马达的旋转传递到所述击打元件2。本发明的冲压
设备1的结构因此显著地简化、更高效、更可靠和更经济。
本发明的冲压设备1也是紧凑和结构简单的，其原因在于，第一电动
马达4在其包括扭矩马达的情况下通过安装到所述容纳器件3的外部，与
作业轴线A同轴，并且直接连接到螺杆11，或者在第一电动马达4不包括
扭矩马达的情况下其原因在于减速齿轮器件的介入。
通过致动器的上述布置，还有可能执行要求两个致动器4和5的交替
运动的加工操作，即击打元件2的旋转-平移运动，例如螺纹旋拧。
在图1至图4所示的实施例中，本发明的冲压设备1是多工具类型的，
并且包括工具保持转台19，其可旋转地连接到容纳器件3并由容纳器件3
支撑，并且支撑多个工具保持单元20，其围绕相应的旋转轴线B以角度间
隔开和可旋转地安装，其例如是四个工具保持单元。工具保持转台19可围
绕选择轴线C旋转以便将一组工具保持单元20定位成面对击打元件2。
该设备包括第三旋转致动器25，其用于通过另外的传动器件28使得
工具保持转台19围绕所述的选择轴线C旋转。传动器件28例如包括环形
齿轮28，其在周向上安装到工具保持转台19上且由第三旋转致动器25的
小齿轮(未示出)接合。
每个工具保持单元20设有用于可滑动地容纳相应的冲压工具30的多
个安置座21。工具保持单元20安装到转台19上，该转台可围绕相应的旋
转轴线B旋转以便允许一组冲压工具30以角度取向，如下面在说明书中更
好地进一步解释的那样。在图示的实施例中，每个工具保持单元包括八个
安置座21，其布置成用于接纳相应的冲压工具30。
击打元件2的操作端8设有击打部8a，其布置成仅仅抵接到一组冲压
工具30上，通过使得击打元件2围绕作业轴线A适当地旋转而选择和接合
所述一组冲压工具30。更确切地而言，通过致动所述第二电动马达5，可
以使得击打元件2以如此的方式旋转过由第二传感器器件16检测到的预定
角度，以使得击打元件2定位成其中击打部8a布置成用于与所述一组冲压
工具30接合并抵接到所述一组冲压工具30上。
击打元件2的操作端8还设有联接器件9，其适于与工具保持单元20
的另外的联接器件22联接，以便使得工具保持单元20围绕相应的旋转轴
线B旋转。联接器件包括一个或多个突起或齿9，其径向地布置在击打元
件2的外侧圆柱形壁上并且能够插入到另外的联接器件的相应槽22内并与
所述槽22接合。槽22在工具保持单元20的壳体24的圆柱形内壁上形成，
该工具保持单元适于接纳所述击打元件2的操作端8。齿9和槽22具有互
补形状。
本发明的设备1还包括多个多冲模单元35，其中每个多冲模单元设有
多个冲模或反向凸模36，其设计成与相应的冲压工具30配合以便在待被
加工的工件上执行切割和/或冲压操作。每个多冲模单元35可随着相应的
工具保持单元20围绕相应的旋转轴线B旋转，以使得冲压工具30能够以
角度取向。类似地，该多冲模单元35可随着工具保持转台19围绕选择轴
线C旋转。多冲模单元35与冲压机的作业台相关联。
本发明的冲压设备1的操作包括用于设置或调整的第一初始操作步
骤，其中通过使得工具保持转台19围绕选择轴线C旋转以使得将所需的工
具保持单元20靠近击打元件2，从而选择将被使用的工具保持单元20。击
打元件2布置在内部操作位置R中，在该位置下击打元件2与工具保持单
元20间隔开(图1)。在工具保持转台19旋转期间，或在该旋转末，击打
元件2围绕作业轴线A旋转以使得在随后的作业冲程中将工具保持单元内
的一组冲压工具30与击打部8a接合。
该设备的控制器件和第二传感器器件16使得第二电动马达5能够以如
此的方式致动以至于精确地控制击打元件2的旋转。
在第二操作步骤中，第一电动马达4通过传动器件10沿着作业轴线A
将击打元件2移动到中间操作位置中，使得操作端8被插入到工具保持单
元20的壳体24内，击打部8a抵接到选定的作业工具的接口端或面对所述
接口端，以及齿9接合槽22。在该中间操作位置下，所述击打元件2通过
围绕作业轴线A旋转使得工具保持单元20围绕相应的旋转轴线B旋转，
后者即旋转轴线B基本上与作业轴线A对准并同轴。以这种方式，可以通
过致动所述第二电动马达5来根据特定的加工需求使得冲压工具以角度取
向。
在第三操作步骤中，击打元件2可迅速地移动到外部操作位置T中，
以便驱动所述冲压工具30，其可作用于待被加工的工件上，并与下面的冲
模32配合来执行所需的冲压操作。
由于本发明的冲压设备1，可以使用击打元件2的旋转来选择容纳在
工具保持单元20内的一组冲压工具30以及使得该组冲压工具30以角度取
向，以便执行所需的冲压操作。联接器件9、22实际上使得击打元件2的
操作端8能够使得工具保持单元20旋转。因此，有可能使用单个旋转致动
器(第二电动马达5)来执行两种操作，而这两种操作在现有技术的冲压
设备中需要两个相应的致动器。该技术方案允许减轻设备的重量、减小设
备的尺寸和降低设备的整体成本。
在本发明的冲压设备1的未在图中示出的一种形式下，其设置成使得
安装在工具保持转台19上的工具保持单元20支撑单个冲压工具30。在这
种情况下，击打元件2的旋转只允许工具保持单元20旋转以便使得冲压工
具以角度取向。