CN100478166C - 机械压力机滑块停上死点位置的控制方法 - Google Patents
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Abstract
机械压力机滑块停上死点位置的控制方法，采用旋转编码器作机械压力机的曲轴角度/滑块行程传感器，将采集到的角度信息送入电子凸轮控制器，控制器根据曲轴角度信息输出凸轮信号，根据一个固定的时间内曲轴走过的角度来计算曲轴的速度，其特征是根据之前的两个滑块速度点的制动角度，确定制动角度-速度曲线的斜率系数，当压力机在一个新的滑块速度下第一次运行时，根据斜率系数，确定当前制动角度，速度稳定后，制动角度参考上次制动角度的偏差来自动补偿。将不同速度下的制动角度数据储存，电子凸轮收到制动信号后，根据当前速度查询数据库，然后确定出当前的制动角度，滑块到达该制动角度的时候，输出制动信号。
Description
技术领域
本发明涉及机械压力机，特别是一种机械压力机滑块停上死点位置的控制方法，属机械加工及计算机自动控制领域。
背景技术
机械压力机加工时，一般都要要求滑块停在上死点位置，以保证冲压加工时有足够的能量对工件进行加工。过去的方法由于采用机械凸轮作为曲轴角度检测装置，通过PLC实现逻辑控制。这种方式的缺点是不能在滑块速度变化和摩擦片磨损时保证停在上死点， 每次调整凸轮角度均需要由人工调节，采用固定的角度作为制动角。而且这种方法的缺点是一旦离合器的摩擦片长时间工作，制动性能下降；或者是速度变化，气压变化时，不能保证滑块停在上死点。由于需要人工不停的调整，浪费了时间，生产的效率低下，离合器的动作次数增加，寿命受到影响。而离合器的制动角度跟离合器本身的物理特性、气压、飞轮速度等因素存在着很强的非线性和时滞性，很难建立精确的数学模型。
本申请人另案申请的“一种机械压力机电子控制方法及电子凸轮控制器”，采用旋转编码器作为曲轴角度/滑块行程的传感器，以嵌入式系统为核心的电子凸轮控制器，对机械压力机的离合器/刹车进行控制、产生凸轮信号输出、对工件做加工计数、监视离合器摩擦片磨损状态。替代了原机械凸轮、机械/电子计数器、中间继电器等多个部件。由于采用了编码器和嵌入式系统，不仅去除了原先调节机械凸轮的时间，确保在不同速度下上死点停车，而且可以对离合器的摩擦片磨损状况监视，提高了机械压力机的自动化水平和安全水平。它集电子凸轮、自动停上死点修正、滑块速度监视、摩擦片寿命监视等多种功能于一体，以适合机械压力机机构动作频繁，安全性要求高，经常需要调整凸轮角度的工况要求。该申请以旋转编码器作机械压力机的曲轴角度/滑块行程传感器，将采集到的角度信息送入的控制器，控制器根据曲轴角度信息输出凸轮信号，根据一个固定的时间内曲轴走过的角度来计算曲轴的速度，控制器检测机床控制信号和计算得到的曲轴速度输出刹车信号控制离合器刹车使滑块停到上死点位置，控制器判断刹车时的曲轴角度/滑块行程记录离合器的动作的次数，通过行程和实际工作次数的指标判断离合器的磨损状况，通过用户设置参数，当工作次数到了设定值，则停机报警、提醒用户及时更换摩擦片。电子凸轮控制器包括按键显示电路、DSP主控芯片、I/O接口电路、编码器输入接口电路、编码器输出接口电路、电源电路，由和曲轴相连的旋转编码器采集的角度信号经过编码器输入接口电路送到DSP主控芯片，I/O接口电路采集机床的控制信号送到DSP主控芯片，DSP主控芯片包含专用的控制程序，程序发出控制信号经I/O接口电路控制机床的动作；同时编码器输出接口电路将编码器输入接口电路采集的角度信号送出给机床的其他控制设备；操作者通过按键显示电路设置参数，监控曲轴角度和行程次数信息，电源电路给控制器提供所需的电压。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足并以本申请人的上述另案申请为基础，本发明提供一种机械压力机滑块停上死点的位置控制方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的：机械压力机滑块停上死点位置的控制方法，采用旋转编码器作机械压力机的曲轴角度/滑块行程传感器，将采集到的角度信息送入电子凸轮控制器，控制器根据曲轴角度信息输出凸轮信号，根据一个固定的时间内曲轴走过的角度来计算曲轴的速度，其特征是根据之前的两个滑块速度点的制动角度，确定制动角度-速度曲线的斜率系数，当压力机在一个新的滑块速度下第一次运行时，根据斜率系数，确定当前制动角度，速度稳定后，制动角度参考上次制动角度的偏差来自动补偿。
将不同速度下的制动角度数据储存，电子凸轮收到制动信号后，根据当前速度查询数据库，然后确定出当前的制动角度，滑块到达该制动角度的时候，输出制动信号。
具体工作流程如下：
1、程序开始，滑块在运转，不停的计算速度。
2、根据速度去查询“速度一制动角度”数据库。
3、如果查询出制动角度数据(16位)的高2位(制动角度有效标志位)等于1，则进入流程4；如果查询出制动角度数据(16位)的高2位(制动角度有效标志位)不等于1，则进入流程5。
4、使用当前数据去计算制动角度：
停机角度＝360-(查询出的制动角度数据& 3FFFh)％360
然后电子凸轮在收到制动信号后到达停机角度时，输出制动信号，并将当前制动角度寄存器当前制动角度清0。程序转入流程8。
5、说明当前查询到的数据无效，这时，电子凸轮就在数据表中查询离当前速度最近的两个有效数据。如果能查询到两个有效数据，则进入流程6；如果不能查询到两个有效数据，则进入流程7。
6、根据这两个有效数据计算出制动角度-速度曲线的斜率系数，再由斜率系数计算出制动角度，即制动角度＝斜率系数×(当前速度/查表速度)。然后电子凸轮在收到制动信号后到达停机角度时，输出制动信号，并将当前制动角度寄存器清0。程序转入流程8。
7、数据表无任何有效数据，电子凸轮在到达210度时，输出制动信号，并将当前制动角度清0。
8、电子凸轮检测到滑块停止，根据当前位置，计算当前制动角度，即从发出制动信号开始直到滑块停止电子凸轮检测到走过的角度。并保存到数据表，将数据表中当前位置的数据有效标志置为有效。
9、电子凸轮在检测到滑块已经停止后，保存当前制动角度，并判断当前角度是否在不自动补偿范围内。如果在自动补偿范围内，电子凸轮将补偿后的当前制动角度保存到“速度——制动角度”数据库中对应的位置。如果在不自动补偿范围内，系统不更新数据库。不补偿范围按照如下经验数据计算，当速度在300转/分，取±5度；当速度在301～500转/分，取±10度；当速度在501～1500转/分，取±20度。即是在速度在300转/分，如果停在±5度时，“速度——制动角度”数据库不更新，如果停在±5度外，需要更新“速度——制动角度”数据库。
10、流程结束。
由于压力机滑块位置的调整具有重复性，因此我们采用了参考上次的制动角度，即在同一速度下，当前制动角度参考上次制动的制动角度；为了能在不同的速度下，使滑块准确的停在上死点范围内，设计了速度-制动角度表；即使在同一速度下，制动角度还跟气压等因素相关，气压变化时制动角度会小幅波动，导致停上死点的位置震荡，因此根据实验结果，在-5～+5度(即355～5度)范围内不对制动角度补偿，如果补偿，停机角度就会在上死点附近震荡，上死点停机不准。
本发明的优点及效果：本发明在确保机械压力机准确停上死点的同时能减少调整次数，提高定位精度，提升整个系统的可靠性和产品的整体品质，具有很强的应用和推广价值。
附图说明
图1滑块速度-制动角度关系图；
图2气压-制动角度关系图。
具体实施方式
离合器的制动角度与滑块速度的关系曲线见图1。分析图形，可以近似的认为制动角度跟滑块速度成正比。因此，我们知道两个速度点的制动角度后，就能估算出其他速度点的制动角度。但制动角度还跟气压大小和离合器制动的位置有关系，同一速度下，气压低时，制动角度大，气压高时，制动角度小。同一速度，离合器制动角度曲线参照图2，因为同一速度下，制动角度不只跟气压有关，还跟离合器制动器的位置等有关，所以气压和制动角度并不是绝对的单调关系。
根据上述分析结果，总结出如下制动算法：先是根据之前的两个速度点的制动角度，算出制动角度-速度曲线的斜率系数，当压力机在一个新的速度下第一次运行时，根据斜率系数，算出当前制动角度。速度稳定后，制动角度都是参考上次制动角度的偏差来自动补偿。使用斜率计算，只用来预估一个制动角度，并不一定能精确的停到上死点。因此，根据“速度-制动角度”数据图，将不同速度下的制动角度数据记录在库中。电子凸轮收到制动信号后，根据当前速度查询数据库，然后计算出当前的制动角度。滑块到达该制动角度的时候，输出制动信号。
Claims (2)
1、机械压力机滑块停上死点位置的控制方法，采用旋转编码器作机械压力机的曲轴角度/滑块行程传感器，将采集到的角度信息送入电子凸轮控制器，控制器根据曲轴角度信息输出凸轮信号，根据一个固定的时间内曲轴走过的角度来计算曲轴的速度，根据之前的两个滑块速度点的制动角度，确定制动角度-速度曲线的斜率系数，当压力机在一个新的滑块速度下第一次运行时，根据斜率系数，确定当前制动角度，速度稳定后，制动角度参考上次制动角度的偏差来自动补偿，其特征是将不同速度下的制动角度数据储存，存储方式采用带有区分有效数据与无效数据的标记式的存储方式，每次发出制动信号之前判断此次从“速度-制动角度”数据库中取出的数据的有效性，在“速度-制动角度”数据库中查找不到有效数据使用时，此次的制动角度默认在210度预先产生制动信号，电子凸轮收到制动信号后，根据当前速度查询“速度-制动角度”数据库，然后确定出当前的停机角度，滑块到达该停机角度的时候，输出制动信号；自动补偿方式对应不同的速度区间，当速度在300转/分，取±5度；当速度在301～500转/分，取±10度；当速度在501～1500转/分，取±20度。即是在速度在300转/分，如果停在±5度时，“速度-制动角度”数据库不更新，如果停在±5度外，需要更新“速度-制动角度”数据库，停机在-5～+5度范围内，不去修正“速度-制动角度”数据库。
2、根据权利要求1所述的机械压力机滑块停上死点位置的控制方法，其特征是具体工作流程如下：
(1)程序开始，滑块在运转，不停的计算速度；
(2)根据速度去查询“速度-制动角度”数据库；
(3)如果查询出16位制动角度数据的高2位即制动角度有效标志位等于1，则进入流程4；如果查询出16位制动角度数据的高2位即制动角度有效标志位不等于1，则进入流程(5)；
(4)使用当前数据去计算停机角度：
停机角度＝360-(查询出的制动角度数据&3FFFh)％360
然后电子凸轮在收到制动信号后到达停机角度时，输出制动信号，并将当前制动角度寄存器当前制动角度清0，程序转入流程(8)；
(5)说明当前查询到的数据无效，这时，电子凸轮就在“速度-制动角度”数据库中查询离当前速度最近的两个有效数据，如果能查询到两个有效数据，则进入流程6；如果不能查询到两个有效数据，则进入流程(7)；
(6)根据这两个有效数据计算出制动角度-速度曲线的斜率系数，再由斜率系数计算出制动角度，即制动角度＝斜率系数×当前速度/查表速度，然后电子凸轮在收到制动信号后到达停机角度时，输出制动信号，并将当前制动角度寄存器清0，程序转入流程(8)；
(7)“速度-制动角度”数据库无任何有效数据，电子凸轮在到达210度时，输出制动信号，并将当前制动角度清0；
(8)电子凸轮检测到滑块停止，根据当前位置，计算当前制动角度，即从发出制动信号开始直到滑块停止电子凸轮检测到走过的角度，并保存到“速度-制动角度”数据库，将“速度-制动角度”数据库中当前位置的数据有效标志置为有效；
(9)电子凸轮在检测到滑块已经停止后，保存当前制动角度，并判断当前角度是否在不自动补偿范围内，如果在自动补偿范围内，电子凸轮将补偿后的当前制动角度保存到“速度-制动角度”数据库中对应的位置，如果在不自动补偿范围内，系统不更新“速度-制动角度”数据库。
(10)流程结束。
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