CN100450663C - 锻压机床的伺服电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于由伺服电动机驱动的冲压机床或折弯机等锻压机床的伺服电动机控制装置。在驱动模具的伺服电动机上安装有位置、速度检测器。还设置有检测对工件施加的压力的压力传感器。在伺服电动机控制机装置中，将由位置的反馈控制得到的速度指令和由压力反馈控制得到的速度指令中的较小值作为比较器的输出。根据从比较器输出的速度指令，进行速度的反馈控制，驱动伺服电动机。在模具不对工件加压的状态下，由于压力偏差较大压力控制的速度指令变大、位置控制的速度指令变小，所以成为位置控制。在对工件加压、位置偏差增大、压力偏差减少时，采用压力控制的速度指令，成为压力控制。

Description

锻压机床的伺服电动机控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于由伺服电动机驱动的冲压机床或折弯机等锻压机床的伺服电动机控制装置。
背景技术
在冲压机床或弯折金属材料的折弯机等中，通常在用于开闭模具的驱动源中使用液压，但是，由伺服电动机驱动模具固定部件的电动伺服压力机也是众所周知的。
在该电动伺服压力机中，通常使用控制可动侧模具的位置的同时加工工件的方法，和控制可动侧模具的位置的同时在工件和可动侧模具接触开始压力动作时、对驱动该可动侧模具的伺服电动机的输出施加限制并将压力保持一定地进行控制的同时加工工件地加工方法。
然而，在冲压机床中，对控制压力的专利文献进行检索，但是并没有发现与本发明有关的冲压机床技术。
在电动伺服压力机中，只进行位置的控制来加工工件时，由于不能控制压力机压力，所以不能进行高精度的加工。此外，即使在通过设定转矩极限来限制压力机压力的上限值、并通过压力的开式(オ一プン)控制来进行冲压加工或弯曲加工的情况下，由于实际上对工件施加的压力不清楚，从而不能进行更高精度的加工。在电动伺服压力机中设置压力传感器来检测对工件施加的压力，进行压力反馈控制时，从位置控制向压力控制的切换是较困难的，因此产生不能从位置控制向压力控制平滑地转变。
发明内容
因此，本发明的目的是提供在对冲压机床或折弯机等的工件由模具施加压力而进行加工的机床(以下，将这些机床称作锻压机床)中、在用伺服电动机驱动模具进行加工时、可以平滑地从位置控制向压力控制转变的控制装置。
根据本发明的第一方式提供一种可以平滑地从位置控制向压力控制转变的锻压机床的伺服电动机控制装置，其包括：检测锻压机床的模具固定部件或者驱动该模具固定部件的伺服电动机的位置的位置检测器；检测伺服电动机的速度的速度检测器；由为位置指令和位置反馈的差的位置偏差生成速度指令的位置控制处理部；和由作为速度指令和速度反馈的差的速度偏差生成转矩指令的速度控制处理部，并且根据生成的转矩指令驱动上述伺服电动机来加工工件，其还包括：检测对所述工件施加的实际压力的压力检测器；由为压力指令和实际压力的差的压力偏差生成速度指令的压力控制处理部；对从所述位置控制处理部输出的速度指令和从所述压力控制处理部输出的速度指令进行比较的比较单元；以及根据所述比较单元中的比较结果，选择从所述位置控制处理部输出的速度指令和从所述压力控制处理部输出的速度指令中的一方，并传给所述速度控制部的切换单元。
可以是：所述切换单元将按压所述工件的方向作为正向，选择从所述位置控制处理部输出的速度指令和从所述压力控制处理部输出的速度指令中较小一方的速度指令作为实际的速度指令，并传给所述速度控制处理部。
此外，也可以是：所述比较单元将从所述位置控制处理部输出的速度指令的绝对值和从所述压力控制处理部输出的速度指令的绝对值进行比较，所述切换单元选择从所述位置控制处理部输出的速度指令和从所述压力控制处理部输出的速度指令中绝对值较小的速度指令作为实际的速度指令，并传给所述速度控制处理部。
另外，也可以是：所述比较单元将从所述位置控制处理部输出的速度指令的绝对值和从所述压力控制处理部输出的速度指令的绝对值进行比较，在从所述位置控制处理部输出的速度指令的绝对值比从所述压力控制处理部输出的速度指令的绝对值小的期间，所述切换单元选择从所述位置控制处理部输出的速度指令，若检测出从所述压力控制处理部输出的速度指令的绝对值比从所述位置控制处理部输出的速度指令的绝对值小，则以后选择从所述压力控制处理部输出的速度指令，并传给所述速度控制处理部。
此外，最佳是：所述锻压机床以一方的模具固定部件以规定的行程往复运动而另一方的模具固定部件进行模内缓冲动作而构成，所述伺服电动机是用于驱动进行模内缓冲动作的模具固定部件的伺服电动机，所述切换单元具有在选择从所述压力控制处理部输出的速度指令作为实际的速度指令时将根据所述位置指令的微分值求得的前馈控制量与所述实际的速度指令相加的前馈单元。
另外，根据本发明的第二方式提供一种可以平滑地从位置/速度控制向压力控制转变的锻压机床的伺服电动机控制装置，其包括：检测锻压机床的模具固定部件或者驱动该模具固定部件的伺服电动机的位置的位置检测器；检测伺服电动机的速度的速度检测器；由为位置指令和位置反馈的差的位置偏差生成速度指令的位置控制处理部；和由为速度指令和速度反馈的差的速度偏差生成转矩指令的速度控制处理部，并且根据生成的转矩指令驱动上述伺服电动机来加工工件，其还包括：检测对所述工件施加的实际压力的压力检测器；由为压力指令和实际压力的差的压力偏差生成转矩指令的压力控制处理部；对从所述速度控制处理部输出的转矩指令和从所述压力控制处理部输出的转矩指令进行比较的比较单元；以及根据所述比较单元中的比较结果，选择从所述速度控制处理部输出的转矩指令和从所述压力控制处理部输出的转矩指令中的一方并输出的切换单元。
可以是：所述切换单元选择从所述速度控制处理部输出的转矩指令和从所述压力控制处理部输出的转矩指令中、对所述工件施加的压力为较小的一方的转矩指令作为实际的转矩指令并输出。
此外，也可以是：所述比较单元将从所述速度控制处理部输出的转矩指令的绝对值和从所述压力控制处理部输出的转矩指令的绝对值进行比较，所述切换单元选择从所述速度控制处理部输出的转矩指令和从所述压力控制处理部输出的转矩指令中绝对值为较小的一方的转矩指令作为实际的转矩指令并输出。
另外，也可以是：所述比较单元将从所述速度控制处理部输出的转矩指令的绝对值和从所述压力控制处理部输出的转矩指令的绝对值进行比较，在从所述速度控制处理部输出的转矩指令的绝对值比从所述压力控制处理部输出的转矩指令的绝对值小的期间，所述切换单元选择从所述速度控制处理部输出的转矩指令，若检测出从所述压力控制处理部输出的转矩指令的绝对值比从所述速度控制处理部输出的转矩指令的绝对值小，则以后选择从所述压力控制处理部输出的转矩指令作为实际的转矩指令并输出。
理想的是：所述伺服电动机驱动的模具固定部件沿垂直方向移动，所述比较单元用与和所述伺服电动机有关的重力载荷对应的重力补偿值对从所述速度控制处理部输出的转矩指令进行修正，将修正过的转矩指令和从所述压力控制处理部输出的转矩指令进行比较。
在这些伺服电动机控制装置中最佳的是：还包括检测电动机的实际加速度，并用与检测出的实际加速度对应的转矩来修正转矩指令的单元。此外，最佳的是由上位控制装置同时给予位置指令和压力指令。
根据本发明，在进行锻压机床的冲压或弯曲等加压加工时，可以连续地且平滑地从移动的模具的位置控制向压力控制转变，可以提高作业效率且得到品质高的加工品。
附图说明
以下，参照附图根据本发明的最佳实施方式对本发明的上述及其他目的、特征、优点进行更详细地说明。图中，
图1是本发明的第1实施方式的伺服电动机控制装置的方框图。
图2是说明根据由用本发明的伺服电动机控制装置控制的伺服电动机驱动的模具固定部件的移动方向和位置指令的“+”方向的关系，选择最终采用的转矩指令的方法的说明图。
图3是本发明的第2实施方式的伺服电动机控制装置的方框图。
图4是本发明的第3实施方式的伺服电动机控制装置的方框图。
图5是本发明的第4实施方式的伺服电动机控制装置的方框图。
图6A和图6B是本发明的第1实施方式的伺服电动机控制装置的处理器所执行的处理的流程图。
图7A和图7B是本发明的第3实施方式的伺服电动机控制装置的处理器所执行的处理的流程图。
图8A和图8B是本发明的第4实施方式的伺服电动机控制装置的处理器所执行的处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明的第1实施方式的伺服电动机控制装置的方框图。在图1中，符号1是用于控制冲压机床或折弯机等锻压机床的数值控制装置等的上位控制装置。另外，符号2是本发明的电动机控制装置，图1中用功能方框图来表示，但是各功能块具体地由实现其功能的处理器、ROM、RAM等存储器构成。
在用于驱动安装了锻压机床的可动侧模具的模具固定部件的伺服电动机中，安装有用于检测其位置和速度的位置检测器以及速度检测器。此外，也可以是：在伺服电动机上安装有速度检测器，在安装了可动侧模具的模具固定部件上安装检测其位置的位置检测器，来分别检测位置、速度并进行反馈。此外，为了检测对在该可动侧模具和锻压机床的垫板等的固定部件上安装的固定测模具之间配置的工件施加的压力，设置压力传感器。
伺服电动机控制装置2从上位控制装置1的位置指令中减去用位置检测器检测并反馈来的位置反馈值，由误差计数器10等求出位置偏差，并通过对该位置偏差乘以位置增益Kp进行位置反馈处理，从而求出速度指令。即，由求出位置偏差的块10和位置增益的块11构成位置控制处理部，通过这些来进行位置反馈处理。从求出的速度指令中减去来自速度检测器的速度反馈值，求出速度偏差，根据该速度偏差，由构成速度控制处理部的速度补偿器12进行比例积分等速度反馈处理，从而求出转矩指令TCP。在求出该转矩指令TCP之前是和现有的伺服电动机的控制中的位置反馈控制处理以及速度反馈控制处理相同。
本实施方式的伺服电动机控制处理装置2还具备压力控制处理部，该压力控制处理部通过从上位控制装置1输出的压力指令中减去来自压力传感器的压力反馈值来求出压力偏差，根据该压力偏差，由力补偿器13进行PI控制(比例积分控制)，从而求出转矩指令TCF。
于是，在比较器14中，将由速度控制处理部的速度反馈处理求出的转矩指令TCP和由压力控制处理部的压力反馈处理求出的转矩指令TCF进行比较，采用对工件施加的压力为较小的转矩指令。在转矩指令的上冲、下冲较少的情况下，通常可以采用绝对值较小的一方作为最终的转矩指令。但是，在发生上冲、下冲的情况下，采用对工件施加的力为较小的一方。即，即使在一方的转矩指令的绝对值比另一方的转矩指令的绝对值大时，在该一方的转矩指令是对工件不施加压力的方向(使压力减少的方向)的转矩指令的情况下，由于该转矩指令即使绝对值大对工件施加的力也小，所以采用其作为最终的转矩指令，作为向电流控制部15发出的指令。电流控制部15与现有的伺服控制一样，根据输入的转矩指令(电流指令)和流过伺服电动机的电流的反馈值进行电流反馈处理，求出向伺服电动机发出的指令，根据求出的指令经由逆变器等伺服放大器来驱动伺服电动机。此外，在图1中符号11是表示位置增益的块。
图2是用于说明在冲压机床或折弯机等锻压机床中，根据由用本发明的伺服电动机控制装置控制的伺服电动机驱动的模具固定部件的移动方向和位置指令的“+”方向的关系来选择比较器14所采用的转矩指令的方法的说明图。
在图2中，沿中心部延伸的线L是表示工件的载置位置的线。此外，符号A是模具固定部件，符号S表示压力传感器。此外，设从压力传感器S输出的检测压力始终是“+”。
情况1是位置指令的“+”方向和模具固定部件A对工件施加的压力方向为相同的情况。此时，位置指令指示“+”方向的移动，来自位置/速度控制部的转矩指令TCP为“+”，在模具固定部件A与工件接触时，转矩指令TCP增大。此时，比较器14采用对工件施加的力为较小的转矩指令。即，采用接近与对工件施加的力的方向相反的“-”(负)无限大的转矩指令。由此，即使在转矩指令中产生上冲或下冲，始终采用对工件施加的力接近更小的“-”无限大的转矩指令。
图2的情况2时，位置指令的“+”方向和模具固定部件A对工件施加压力的方向相反，来自位置/速度控制部的转矩指令TCP用“-”值的转矩指令锻压工件。使来自压力控制部的转矩指令TCF的符号反向并与来自位置/速度控制部的转矩指令TCP进行比较，采用接近“+”无限大的转矩指令。来自位置/速度控制部的转矩指令TCP的“+”侧方向是消除对工件作用的力的方向或者使其减少的方向。此外，使来自压力控制部的转矩指令的符号反向的、接近“+”无限大的方向是消除对工件作用的力的方向或者使其减少的方向。由此，在该情况2时，使来自压力控制部的转矩指令TCF的符号反向并与来自位置/速度控制部的转矩指令TCP比较，如果采用接近“+”无限大的一方，就成为采用对工件施加的力为较小的一方作为转矩指令。
情况3时，设模具固定部件A远离工件的方向为位置指令的“+”方向，来自模具固定部件A对工件施加压力的位置/速度控制部的转矩指令TCP为“-”值，与情况2一样，使来自压力控制部转矩指令TCF的符号反向并与来自位置/速度控制部的转矩指令TCP进行比较，如果采用接近“+”无限大的一方，就成为采用对工件施加的力为较小的一方作为转矩指令。
情况4时，由于位置指令的“+”方向和模具固定部件A对工件施加压力的方向相同，与情况1一样，不使来自压力控制部的转矩指令TCF的符号反向，并与来自位置/速度控制部的转矩指令TCP进行比较，如果采用接近“-”无限大的一方，就成为采用对工件施加的力为较小的一方作为转矩指令。
用于驱动在安装了上述锻压机床的可动侧模具的模具固定部件的伺服电动机的控制中，在进行压力反馈控制；以及设置将由位置速度反馈处理求得的转矩指令TCP和由压力反馈处理求得的转矩指令TCF进行比较，而将对工件施加的压力为较小的转矩指令作为最终转矩指令输出的比较器14这点上，本发明的伺服电动机的控制方法与现有的伺服电动机的伺服控制方法不同。
该第1实施方式适用于没有由伺服电动机驱动的可动侧模具的重力影响的情况(冲压或者弯曲作业的可动模具的移动方向是水平方向的情况)、或者是对于压力指令小到可以忽视的程度的情况。
如情况1或者情况4，以模具固定部件A对工件施加压力的方向和位置指令的“+”方向一致的情形为例，对该第1实施方式的伺服电动机的控制装置的动作进行说明。
在实施对工件的冲压加工或者弯曲加工等时，从上位控制装置1同时输出到达基于指令速度的规定位置为止的位置指令和规定压力指令。最初，是固定侧模具和可动侧模具是打开的状态，在驱动安装了可动侧模具的模具固定部件的伺服电动机上由于没有施加格外的载荷，所以伺服电动机遵循位置指令的结果是位置偏差较小且呈大致一定的状态。伺服电动机的速度遵循由该大致一定的位置偏差求出的速度指令的结果也是速度偏差变小，从速度补偿器12输出的转矩指令TCP为正的较小的值。
另一方面，在打开模具，可动侧模具对工件不施加压力的初期状态下，来自压力传感器的压力反馈值是“0”，压力偏差是较大的值。其结果是经过压力反馈处理并从压力控制处理部输出的转矩指令TCF为较大的值(正值)，经过位置/速度反馈处理并从位置速度处理部输出的转矩指令TCP更接近“-”无限大，从而成为对工件施加的压力为较小一方的指令。由于比较器14将对该工件施加的压力为较小一方的指令作为最终的转矩指令TC来输出，在冲压开始等可动侧模具的移动开始时，采用来自速度控制部的输出，伺服电动机根据来自该速度控制处理部的输出来进行驱动控制。
可动侧模具接近固定侧模具，可动侧模具与在可动侧模具和固定侧模具之间设置的工件接触，在对该工件由可动侧模具施加压力时，伺服电动机的速度下降，相对指令位置的伺服电动机动作的追随迟缓，位置偏差、速度偏差增大，从位置/速度控制处理部输出的转矩指令TCP渐渐增大。对此，由于对于工件由可动侧模具施加压力，所以来自压力传感器的反馈值增大，与压力指令的偏差变小。其结果是从压力控制处理部输出的转矩指令TCF渐渐变小。
其结果是，可动侧模具向固定侧模具移动，与工件有关的压力增大，此时从压力控制处理部输出的转矩指令TCF比从位置/速度控制处理部输出的转矩指令TCP小(接近“-”无限大)，从而比较器14将从该压力控制处理部输出转矩指令TCF作为最终的转矩指令TC向电流控制部15输出。以后，在冲压或者弯曲加工结束之前，进行压力控制的电动机控制。
此外，在结束冲压动作等、使可动侧模具远离固定侧模具并打开模具时，进行与上述动作相同的动作，由于来自位置/速度控制处理部的转矩指令TCP比来自压力控制处理部的转矩指令TCF更接近“-”无限大，所以在进行打开模具动作时，进行位置/速度反馈处理，使可动侧模具移动到指令开模位置。
根据本发明的伺服电动机控制装置，如上所述，可以自动地进行从位置/速度控制向压力控制的转变，压力指令无级变化地连续平滑地转变。因此，对工件施加的力无级变化地连续地增大直到规定压力为止，从而可以进行高精度的加工。
上述的第1实施方式是可以忽视伺服电动机驱动的可动侧模具的重力时的实施方式。但是，在冲压加工或者弯曲加工时的模具开闭方向为垂直方向(上下方向)且伺服电动机驱动的可动侧模具的重力变大不能忽视时，要对该重力进行修正。
预先地，对可动侧模具发出向规定位置的定位指令并将可动侧模具保持在规定位置上。此时，根据从速度补偿器12输出的转矩指令求出可动侧模具的重力补偿值(检测出的转矩指令的相反符号)ΔT，并将其存储。该重力补偿值ΔT表示由可动侧模具等的重力作用的力。并且，在和来自压力控制部的转矩指令TCP进行比较时，与将从速度补偿器12输出的转矩指令TCP只修正该重力补偿值得到的值进行比较。图2的情况1或情况3时，由于重力的方向和位置指令的“+”方向一致，所以将转矩指令TCP和重力补偿值ΔT相加得到的值与来自压力控制部的转矩指令TCF进行比较。此外，在图2的情况2或情况4时，由于重力方向和位置指令的“+”方向相反，所以将从转矩指令TCP中减去重力补偿值ΔT得到的值和来自压力控制部的转矩指令TCF进行比较。如上所述，采用对工件施加的力为较小一方的转矩指令，在采用从位置/速度控制部输出的转矩指令TCP时，将在修正重力补偿值前从位置/速度控制部输出的转矩指令TCP作为最终的转矩指令。
图3是本发明的第2实施方式的伺服电动机控制装置的方框图。图3所示的第2实施方式的伺服电动机控制装置3使用速度指令代替转矩指令，在选择位置控制系统还是压力控制系统的这一点上与第1实施方式的伺服电动机控制装置2不同。此外，在图3中，对与图1所示的第1实施方式中相同的各要素赋予相同的符号，但是比较器17和力增益的块16不同。并且速度补偿器12分成比例项12a和积分项12b、在图3中有更详细地记载。
该第2实施方式的伺服电动机控制装置3在位置控制处理部中，从来自上位控制装置1的位置指令中减去用位置检测器检测出的、反馈回来的位置反馈的值，由误差计数器10等求出位置偏差，通过对该位置偏差乘以位置增益Kp进行位置反馈处理，求出速度指令VCP。另一方面，在压力控制处理部中，通过从与来自上位控制装置1的位置指令同时输出的压力指令中减去来自压力传感器的压力反馈值，求出压力偏差，通过对该压力偏差乘以力增益KF进行压力反馈处理，求出压力控制中的速度指令VCF。
在比较器17中，将由位置控制处理部的位置反馈处理求出的速度指令VCP和由压力控制处理部的压力反馈处理求出的速度指令VCF进行比较，采用向压工件方向的指令值(速度指令)较小的一方(将远离工件方向的速度指令设为其大小越大则向压工件方向的速度指令越小)作为最终的速度指令VC，作为向速度补偿器12发出的速度指令。用图2所示的例子进行说明，在情况1时，将来自位置控制部的速度指令VCP和来自压力控制部的速度指令VCF进行比较、将接近“-”无限大方向的一方作为最终的速度指令VC。在情况2时，使来自压力控制部的速度指令VCF的符号反向并与来自位置控制部的速度指令VCP进行比较，将接近“+”无限大的一方作为最终的速度指令VC。在情况3时，使来自压力控制部速度指令VCF的符号反向并与来自位置控制部的速度指令VCP进行比较，将接近“+”无限大的一方作为最终的速度指令VC。在情况4时，不使来自压力控制部的速度指令VCF的符号反向，与来自位置控制部的速度指令VCP进行比较，将接近“-”无限大的一方作为最终的速度指令VC。
在速度补偿器12中，从如上求出的速度指令VC中减去来自速度检测器的速度反馈值求出速度偏差，根据该速度偏差，在比例项中对该速度偏差乘以比例增益，在积分项中将对速度偏差积分出的值乘以积分增益，将比例项和积分项的输出相加求出转矩指令，作为向电流控制部15输出的指令。在电流控制部15中与现有的伺服控制一样，根据输入的转矩指令(电流指令)和流过伺服电动机的电流的反馈值进行电流反馈处理，由此求出向伺服电动机发出的指令，根据求出的指令经由逆变器等伺服放大器来驱动伺服电动机。
对于该第2实施方式的动作也使用图2的情况1、情况4所示的模具固定部件A对工件施加压力的方向和位置指令的“+”方向一致时为例进行说明。
冲压或者弯曲加工开始时的最初是固定侧模具和可动侧模具呈打开的状态，伺服电动机遵循位置指令和速度指令的结果是位置偏差变小、根据位置偏差求出的速度指令VCP也变小。但是，在打开模具、从可动侧模具对工件不施加压力的初期状态时，来自压力传感器的压力反馈值是“0”，压力偏差变成较大的值。其结果是压力反馈处理过的、从压力控制处理部输出的速度指令VCF为较大的值(正值)，位置反馈处理过的、从位置控制处理部输出的速度指令VCP成为对工件施加的压力为较小一方的指令(采用接近“-”无限大的一方)。由于比较器14如上所述输出较小一方的指令，在冲压开始等可动侧模具的移动开始时，采用来自位置控制处理部的输出即速度指令VCP，伺服电动机根据该速度指令VCP被驱动控制。
可动侧模具接近固定侧模具，可动侧模具与在可动侧模具和固定侧模具之间设置的工件接触，在对该工件由可动侧模具施加压力时，伺服电动机的速度低下，相对指令位置的伺服电动机动作的追随迟缓，位置偏差增大，从位置控制处理部输出的速度指令VCP渐渐增大。另一方面，由于对于工件由可动侧模具施加压力，所以来自压力传感器的反馈值增大，与压力指令的偏差变小。其结果是从压力控制处理部输出的速度指令VCF渐渐变小。
其结果是，可动侧模具向固定侧模具移动，与工件有关的压力增大时，从压力控制处理部输出的速度指令VCF比从位置控制处理部输出的转矩指令VCP小(接近“-”无限大)，比较器17将从该压力控制处理部输出速度指令VCF向速度补偿器12输出。以后，在冲压或者弯曲加工结束之前，成为进行压力控制的电动机控制。
此外，在结束冲压动作等、使可动侧模具远离固定侧模具并打开模具时，进行与上述动作相同的动作，由于来自位置控制处理部的速度指令VCP比来自压力控制处理部的速度指令VCF小(更接近“-”无限大)，所以在进行打开模具动作时，进行位置反馈处理，使可动侧模具移动到指令开模位置。
将基于上述第1和第2实施方式的转矩指令的切换和基于速度指令的切换进行比较，存在如下优点：由于基于速度指令的切换(第2实施方式)即使被切换成压力反馈控制也进行速度反馈控制，所以可以进行稳定的动作。
在上述各实施方式中，固定一方的模具不使其移动，只移动另一方的可动侧模具实施冲压加工或者弯曲加工等。然而，本发明也可适用于使可动侧模具移动、也对另一方的模具(固定侧模具)进行压力控制同时使其移动的模内缓冲控制。此时，可动侧模具与现有的一样，以一定行程只进行往复运动，与该可动侧模具的往复运动同步，用伺服电动机驱动安装了可动侧模具相对的另一方模具(以下称为模内缓冲侧模具)的部件。此时，该伺服电动机的控制装置从上位控制装置同时接受位置指令和压力指令，控制模内缓冲侧模具的位置、速度、压力。
图4是进行这样的模内缓冲控制的第3实施方式的伺服电动机控制装置的方框图。该第3实施方式的伺服电动机控制装置用于在驱动安装了模内缓冲侧模具的固定部件的伺服电动机的控制中。
第3实施方式的伺服电动机控制装置4在对如图3所示的伺服电动机控制装置附加前馈控制单元这一点上，与图3所示的第2实施方式不同。在图4中，对与图3所示的第2实施方式相同的要素附加相同的符号。
以如图2的情况1、情况4所示的模具固定部件A对工件施加压力的方向和位置指令的“+”方向一致的时候为例，也对该第3实施方式的动作进行说明。
在可动侧模具到达规定位置时，由上位控制装置向该伺服电动机控制装置4同时输出位置指令和压力指令。并且，如在第2实施方式中说明的那样，最初，由于从位置控制处理部输出的速度指令VCP比从压力控制处理部输出的速度指令VCF更接近“-”无限大，所以比较器17将从该位置控制处理部输出的速度指令VCP作为最终的速度指令VC输出。在可动侧模具接触工件开始向工件施加压力时，从压力控制处理部输出的速度指令VCF比从位置控制处理部输出的速度指令VCP更接近“-”无限大，比较器17将从压力控制处理部输出的速度指令VCF作为最终的速度指令VC输出。对于输出的指令VC，用速度补偿器12进行速度反馈控制，用电流控制部15进行电流反馈控制，根据求出的指令，来驱动用于驱动模内缓冲控制侧的模具的伺服电动机。
由于通过压力控制处理部的压力反馈控制求出速度指令、根据该速度指令驱动伺服电动机，所以在以某一速度移动时残留有压力偏差。即，因为速度补偿器12的速度反馈控制进行动作、以使由速度反馈消除(相抵)指令速度使速度偏差为“0”，所以意味着输出某种程度的速度指令，其相当于压力偏差。
因此，由于预先知道可动侧模具的动作，所以也向驱动该模内缓冲侧模具的伺服电动机控制装置4赋予与该可动侧模具相同的程序(位置指令)。前馈控制单元对该位置指令(用符号18表示的块)进行微分，求出与速度对应的值，乘以前馈系数(符号19表示的块)求出前馈控制量，执行与速度指令相加的速度前馈控制。由此，进行如下动作：被可动侧模具压入并移动的模内缓冲控制侧的模具速度反馈量由速度前馈控制量消除(相抵)，速度反馈恰好为“0”。由此，速度指令以大致为“0”的状态动作，使压力指令和实际压力的稳态偏差减小。
此外，上述的速度前馈控制从向压力反馈控制的速度指令切换的时间点开始。对于前馈控制不能预料的速度变动的量，由于速度补偿器12用速度偏差进行补偿，所以稳定性提高。
图5是本发明的第4实施方式的伺服电动机控制装置5的方框图。该第4实施方式也是驱动模内缓冲控制侧的模具的伺服电动机的控制装置5，只是在装入加速度反馈控制这一点上与图4所示的第3实施方式不同。其他的相同，在图5中对与图4相同的要素赋予相同的符号。
该第4实施方式中，对速度反馈(用符号20表示的块)进行微分求出加速度的反馈值，将该加速度反馈值乘以增益(符号21所示的块)作为转矩指令的反馈值，求出所求出的反馈值和转矩指令的偏差，将该偏差作为电流控制部15的输入。
在第4实施方式中，由于进行基于伺服电动机的实际加速度的转矩指令的修正，所以可实现更稳定的控制。此外，该加速度反馈的转矩指令的修正也可适用于图1和图3所示的伺服电动机控制装置。
图6A和图6B是图1所示的第1实施方式的伺服电动机控制装置2的处理器按位置控制处理周期实施的处理的流程图。
如图2所示的情况1，使用以位置指令的“+”方向和模具固定部件A对工件施加压力的方向一致的情况为例进行说明。
首先，处理器根据从上位控制装置(数值控制装置)1输出的位置指令和压力指令读取在该位置控制周期的位置指令(该周期的移动量)，并且读取压力指令(步骤a1和a2)。其次，读取位置反馈和压力反馈(步骤a3和a4)。并且，从压力指令减去压力反馈求出压力偏差(步骤a5)，将在前一个周期中求出的位置偏差、和从在该周期的步骤a1求出的位置指令中减去在a3中求出的位置反馈得到的值相加，来求出该周期的位置偏差(步骤a6)。
将在步骤a5中求出的压力偏差和在前一个周期的压力环积分器的值相加，来求出该周期的压力环积分器的值(步骤a7)，将该压力环积分器的值和压力环的积分增益相乘，来求出压力环积分项的值(步骤a8)。此外，将在步骤a5求出的压力偏差和压力环控制的比例增益相乘，来求出压力环比例项的值(步骤a9)。将压力环积分项的值和压力环比例项的值相加，来求出压力控制用转矩指令TCP(步骤a10)。
此外，将在步骤a6中求出的位置偏差和位置增益Kp相乘，来求出速度指令(步骤a11)。并且，读取速度反馈(步骤a12)，从速度指令中减去速度反馈来求出速度偏差(步骤a13)，将该速度偏差和前一个周期的速度环积分器的值相加，来求出该周期的速度环积分器的值(步骤a14)，将该速度环积分器的值和速度反馈控制的积分增益相乘，来求出速度环积分项的值(步骤a15)。此外，将在步骤a13中求出的速度偏差和速度环的比例增益相乘，来求出速度环比例项的值(步骤a16)。进而，将速度环的积分项的值和速度环的比例项的值相加，来求出位置控制用转矩指令TCP(步骤a17)。
将在步骤a17中求出的位置控制用转矩指令TCP和在步骤a10中求出的压力控制用转矩指令TCF进行比较，采用接近“-”无限大的一方，即该情况下采用较小的一方(步骤a18)。如果位置控制用转矩指令TCP较小，则采用位置控制用转矩指令作为最终的转矩指令TC，作为向下一个电流控制部的指令(步骤a19)。
另一方面，如果压力控制用转矩指令TCF较小，则采用压力控制用转矩指令TCF作为最终的转矩指令TC，作为向电流控制部的指令(步骤a20)。
伺服电动机控制装置2的处理器按位置控制周期执行上述处理。最初，压力偏差大，压力控制用转矩指令TCF就大，位置控制用转矩指令TCP小，因此按位置控制周期执行步骤a1～步骤a19的处理。于是，在模具固定部件A与工件接触开始对工件施加压力时，位置控制用转矩指令TCP渐渐变大，并且压力控制用转矩指令渐渐变小。而且在压力控制用转矩指令TCF一方变小时执行步骤a1～步骤a18、步骤a20的处理。这样，驱动模具固定部件A的伺服电动机的控制可连续且平滑地从位置速度控制向压力控制切换。
此外，在图5所示的例中，没有进行重力补偿量ΔT的修正，但是在进行重力补偿量修正时，将在步骤a17中求出的位置控制用转矩指令TCP和重力补偿量值ΔT相加进行修正(位置指令的“+”方向和重力方向一致)，将该修正了的位置控制用转矩指令(TCP+ΔT)和压力控制用转矩指令TCF进行比较，如果压力控制用转矩指令TCF较小，就转移至步骤a20采用压力控制用转矩指令TCF作为最终的转矩指令TC，如果压力控制用转矩指令TCF较大，就转移至步骤a19采用修正前的位置控制用转矩指令TCP作为最终的转矩指令TC。
上述的例子是2所示的情况1时的情况，但是情况4是也一样。此外，在情况2或情况3时，在步骤a18之前，使在步骤a10中求出的压力控制用转矩指令TCF的符号反向，在步骤a18中将反向了该符号的压力控制用转矩指令“-”TCF和位置控制用转矩指令TCP进行比较，采用“-”TCF和TCP中的接近“+”无限大的一方作为最终的转矩指令TC。
此外，在上冲、下冲较小的情况下，包含上述的情况1～4，在步骤a18的处理中，也可以只将压力控制用转矩指令TCF和位置控制用转矩指令TCP的各自的绝对值进行比较，将较小一方作为最终的转矩指令。
并且，也可以在压力控制用转矩指令TCF的绝对值比位置控制用转矩指令TCP的绝对值小时，建立标志，在有该标志时，不进行位置/速度反馈控制处理(不执行步骤a1、a3、a6、a11～a19的处理)，只进行压力反馈的处理，采用由该压力反馈得到的压力控制用转矩指令TCF作为最终的转矩指令TC。
图7A和图7B是控制驱动模具缓冲控制侧的模具固定部件A的伺服电动机的图4所示的第3实施方式的伺服电动机控制装置4的处理器按位置控制周期所实施的处理的流程图。如图2所示的情况4，使用以位置指令的“+”方向和由伺服电动机驱动的模具固定部件A对工件施加压力的方向一致的情况为例，进行说明。
从步骤b1到步骤b6的处理和图6A及图6B所示的步骤a1～a6的处理相同，在此不进行详细地说明。第3实施方式的伺服电动机控制装置4的处理器将在步骤b6中求出的位置偏差和位置增益Kp相乘，来求出位置控制用速度指令VCP(步骤b7)，将在步骤b5中求出的压力偏差和力增益KF相乘，来求出压力控制用速度指令VCF(步骤b8)。将求出的位置控制用速度指令VCP和压力控制用速度指令VCF进行比较(步骤b9)，采用位置控制用速度指令VCP接近“-”无限大的一方(较小的一方)作为最终的速度指令VC。如果位置控制用速度指令VCP比压力控制用速度指令VCF小，就采用位置控制用速度指令VCP作为最终的速度指令VC，并且，将前馈项的值设为“0”(步骤b10)。
此外，如果压力控制用速度指令VCF较小，就采用压力控制用速度指令VCF作为最终的速度指令VC，将该位置控制周期的位置指令(移动量)和前馈系数相乘，来求出前馈控制量(FF项的值)(步骤b11)。位置控制周期的位置指令的移动量是规定时间的移动量，意味着实际的速度。因此，该位置控制周期的位置指令的移动量意味着由图4的微分块18中的处理而得到的值。
于是，读取速度反馈(步骤b12)，从在步骤b10或者步骤b11中求出的最终的速度指令VC中减去速度反馈，并且将其和前馈控制量相加，求出由前馈控制进行修正的速度偏差(步骤b13)。其次，将该速度偏差和前一个周期的积分器的值相加，来求出该周期的积分器的值(步骤b14)，将该积分器的值和速度反馈控制的积分增益相乘来求出积分项的值(步骤b15)。此外，将步骤b13中求出的速度偏差和速度反馈控制的比例增益相乘，来求出比例项的值(步骤b16)。并且，将积分项的值和比例项的值相加来求出转矩指令，将求出的转矩指令作为向电流控制部发出的指令(步骤b17)。
在该第3实施方式中，最初压力偏差大，压力控制用速度指令VCF就大，所以伺服电动机控制装置4的处理器按位置控制周期执行步骤b1～步骤b9、步骤b10、步骤b12～步骤b17的处理。之后，对工件施加的压力增大，压力控制用转矩指令TCF变小，在压力控制用转矩指令TCF比位置控制用速度指令VCP小时，按位置控制周期执行步骤b1～步骤b8、步骤b11、步骤b12～步骤b17的处理，可连续且平滑地从位置控制向压力控制切换。
图7的A和图7B所示的处理，是驱动模内缓冲控制侧的模具固定部件A的第3实施方式的伺服电动机的电动机控制装置4的处理器执行的处理。此外，图3所示的、相对被固定的模具驱动移动侧模具进行冲压加工或者弯曲加工中，驱动在锻压机床中使用的可动侧模具的伺服电动机的伺服电动机控制装置3的处理器的处理只是将图7A和图7B中的步骤b11的前馈控制量(FF项)设定为“0”而不进行前馈控制的处理，其他的处理和图7A及图7B所示的处理相同。因此，省略对图3所示的第2实施方式中伺服电动机控制装置3的处理器所实施的处理的说明。
图8A和图8B是表示图5所示的第4实施方式的伺服电动机控制装置5处理器按位置控制周期所实施的处理的流程图。图8A和图8B所示的处理是在图7A和图7B所示的处理中加上步骤c18和c19的加速度反馈处理。如图2所示的情况4，使用以位置指令的“+”方向和由伺服电动机驱动的模具固定部件A对工件施加压力的方向一致时的情况为例来进行说明。
从步骤c1到步骤c17和从图7A及图7B所示的处理步骤b1到步骤b17相同，因此省略对其的详细说明。
图8A和图8B所示的第4实施方式的伺服电动机控制装置5的处理器，通过与在图7A和图7B中说明过的第3实施方式的伺服电动机控制装置4的处理器的处理相同的处理，求出转矩指令，其次，从在步骤c3中读取的速度反馈中减去前一个周期的速度反馈，求出速度差即加速度的反馈(步骤c18)，将从在步骤c17中求出的转矩指令中减去在步骤c18中求出的加速度反馈和加速度反馈增益Ka相乘的值而得到的值作为向电流控制部发出的指令(步骤c19)。该步骤c18和步骤c19中的处理与用图4中的用符号20和21表示的块的处理相当。
此外，以图2所示的情况1为例，对上述的第3和第4实施方式中的处理进行说明，但是情况4也是相同的处理。此外，在情况2及情况3时，也可以在步骤b19或者步骤c9之前，使在步骤b8或者步骤c8中求出的压力控制用速度指令VCF的符号反向，在步骤b9或者步骤c9中将反向了该符号的压力控制用速度指令VCF和位置控制用速度指令VCP进行比较，进行采用接近“+”无限大的一方作为最终的速度指令VC的处理。
此外，在上冲、下冲较小的情况下，包含上述的情况1～4，在步骤b9或者c9的处理中，可以只将压力控制用速度指令VCF和位置控制用速度指令VCP的各自的绝对值进行比较，并采用较小的一方作为最终的速度指令。
并且，也可以在压力控制用速度指令VCF的绝对值比位置控制用速度指令VCP地绝对值小时，建立标志，在有该标志时，不进行位置反馈控制处理(步骤b1、b3、b6.b7、步骤c1、c3、c6、c7)，只进行压力反馈的处理，并采用由该压力反馈得到的压力控制用速度指令VCF作为最终的速度指令VC。

Claims (14)

1.一种锻压机床的伺服电动机控制装置(3；4；5)，包括：检测锻压机床的模具固定部件或者驱动该模具固定部件的伺服电动机的位置的位置检测器；检测伺服电动机的速度的速度检测器；由为位置指令和位置反馈的差的位置偏差生成速度指令的位置控制处理部(10、11)；和由为速度指令和速度反馈的差的速度偏差生成转矩指令的速度控制处理部(12)，并且根据生成的转矩指令驱动上述伺服电动机来加工工件，其特征在于，
包括：检测对所述工件施加的实际压力的压力检测器；由为压力指令和实际压力的差的压力偏差生成速度指令的压力控制处理部(16)；对从所述位置控制处理部(10、11)输出的速度指令和从所述压力控制处理部(16)输出的速度指令进行比较，根据比较结果，选择从所述位置控制处理部(10、11)输出的速度指令和从所述压力控制处理部(16)输出的速度指令中的一方，并传给所述速度控制部(12)的比较单元(17)。
2.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
所述比较单元(17)驱动所述伺服电动机以使所述模具固定部件锻压所述被加工工件的方向作为正向，选择从所述位置控制处理部(10、11)输出的速度指令和从所述压力控制处理部(16)输出的速度指令中较小一方的速度指令作为实际的速度指令，并传给所述速度控制处理部(12)。
3.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
所述比较单元(17)将从所述位置控制处理部(10、11)输出的速度指令的绝对值和从所述压力控制处理部(16)输出的速度指令的绝对值进行比较，选择从所述位置控制处理部(10、11)输出的速度指令和从所述压力控制处理部(16)输出的速度指令中绝对值较小的一方的速度指令作为实际的速度指令，并传给所述速度控制处理部(12)。
4.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
所述比较单元(17)将从所述位置控制处理部(10、11)输出的速度指令的绝对值和从所述压力控制处理部(16)输出的速度指令的绝对值进行比较，在从所述位置控制处理部(10、11)输出的速度指令的绝对值比从所述压力控制处理部(16)输出的速度指令的绝对值小的期间，选择从所述位置控制处理部(10、11)输出的速度指令，若检测出从所述压力控制处理部(16)输出的速度指令的绝对值比从所述位置控制处理部(10、11)输出的速度指令的绝对值小，则选择从所述压力控制处理部(16)输出的速度指令，并传给所述速度控制处理部(12)。
5.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
还包括检测电动机的实际加速度，并用与检测出的加速度对应的转矩来修正转矩指令的单元(21)。
6.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
由上位控制装置(1)同时给予位置指令和压力指令。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
所述锻压机床以一方的模具固定部件以规定的行程往复运动而另一方的模具固定部件进行模内缓冲动作而构成，所述伺服电动机是用于驱动进行模内缓冲动作的模具固定部件的伺服电动机，所述比较单元(17)具有在选择从所述压力控制处理部(16)输出的速度指令作为实际的速度指令时将根据所述位置指令的微分值求得的前馈控制量与所述实际的速度指令相加的前馈单元(18、19)。
8.一种锻压机床的伺服电动机控制装置(2)，包括：检测锻压机床的模具固定部件或者驱动该模具固定部件的伺服电动机的位置的位置检测器；检测伺服电动机的速度的速度检测器；由为位置指令和位置反馈的差的位置偏差生成速度指令的位置控制处理部(10、11)；和由为速度指令和速度反馈的差的速度偏差生成转矩指令的速度控制处理部(12)，并且根据生成的转矩指令驱动上述伺服电动机来加工工件，其特征在于，
包括：检测对所述工件施加的实际压力的压力检测器；由为压力指令和实际压力的差的压力偏差生成转矩指令的压力控制处理部(13)；对从所述速度控制处理部(12)输出的转矩指令和从所述压力控制处理部(13)输出的转矩指令进行比较，根据比较结果，选择从所述速度控制处理部(12)输出的转矩指令和从所述压力控制处理部(13)输出的转矩指令中的一方并输出的比较单元(14)。
9.根据权利要求8所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
所述比较单元(14)选择从所述速度控制处理部(12)输出的转矩指令和从所述压力控制处理部(13)输出的转矩指令中、对所述工件施加的压力较小的一方的转矩指令作为实际的转矩指令并输出。
10.根据权利要求8所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
所述比较单元(14)将从所述速度控制处理部(12)输出的转矩指令的绝对值和从所述压力控制处理部(13)输出的转矩指令的绝对值进行比较，选择从所述速度控制处理部(12)输出的转矩指令和从所述压力控制处理部
(13)输出的转矩指令中绝对值较小的一方的转矩指令作为实际的转矩指令并输出。
11.根据权利要求8所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
所述比较单元(14)将从所述速度控制处理部(12)输出的转矩指令的绝对值和从所述压力控制处理部(13)输出的转矩指令的绝对值进行比较，在从所述速度控制处理部(12)输出的转矩指令的绝对值比从所述压力控制处理部(13)输出的转矩指令的绝对值小的期间，选择从所述速度控制处理部(12)输出的转矩指令，若检测出从所述压力控制处理部(13)输出的转矩指令的绝对值比从所述速度控制处理部(12)输出的转矩指令的绝对值小，则选择从所述压力控制处理部(13)输出的转矩指令作为实际的转矩指令并输出。
12.根据权利要求8所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
还包括检测电动机的实际加速度，并用与检测出的加速度对应的转矩来修正转矩指令的单元(21)。
13.根据权利要求8所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
由上位控制装置(1)同时给予位置指令和压力指令。
14.根据权利要求8至13中任意一项所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
所述伺服电动机驱动的模具固定部件沿垂直方向移动，所述比较单元(14)用与和所述伺服电动机有关的重力载荷对应的重力补偿值对从所述速度控制处理部(12)输出的转矩指令进行修正，将修正过的转矩指令和从所述压力控制处理部(13)输出的转矩指令进行比较。
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