CN102303419A - 曲柄压力机工艺曲线的数控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种曲柄压力机工艺曲线的数控方法，步骤为：首先，坯料放入模具内，控制电机以ω₁匀速，实施打击，ω₂为打击结束的瞬间检测到电机角速度值，根据吨位仪显示的压力值F，按公式计算曲柄压力机和模具的综合刚度C；其次，制定工艺曲线，步骤为：由压力值F、曲柄压力机和模具的综合刚度C，按照电机的额定转矩Me、过载倍数K_M和压力行程的电机转角α以及工件变形功E_d，设定该工艺曲线打击结束瞬间的电机角速度值ω_2i，按公式

确定曲柄压力机打击开始时所需的电机角速度ω_li；最后输入该工艺曲线的曲柄压力机打击开始时所需的ω_li，实施打击，曲柄压力机自动按上述工艺曲线使坯料变形成为工件。本发明能够对工艺曲线准确数控、防止模具承受过大的冲击负载。

Description

曲柄压力机工艺曲线的数控方法

技术领域

本发明提供一种曲柄压力机工艺曲线的数控方法，属于机械工业设备技术领域。

背景技术

传统曲柄压力机有大转动惯量的飞轮和离合器，压力机做功所需能量折算到电机轴侧的近似值为 $A_e=\frac{1}{2}{J}_e({{\mathrm{\ω}}_{e1}}^2-{{\mathrm{\ω}}_{e2}}^2)=J_e{{\mathrm{\ω}}_m}^2\mathrm{\δ}.$ 因传统电机受额定滑差率的影响，不均匀系数δ(速降)很小，转动惯量J_e很大，起动制动时间长，需要离合器；因驱动功率大，飞轮惯性大，很难达到压力机工艺曲线数字化控制的目的。现有技术对于工艺曲线不能准确数控，导致模具承受过大的冲击负载，这成为本领域难以解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决上述难题、能方便数字化控制的曲柄压力机工艺曲线的数控方法。其技术方案为：

一种曲柄压力机工艺曲线的数控方法，其特征在于采用如下步骤：

首先，测定曲柄压力机和模具综合刚度，步骤为：①把吨位仪安装在曲柄压力机的机身上，把坯料放入模具内；②通过控制部件输入电机角速度ω₁和曲柄压力机转动惯量J；③通过控制部件控制电机动作，待检测到电机角速度值等于输入的电机角速度ω₁时，控制部件控制电机匀速，实施打击，使坯料变形成为工件；③控制部件在打击结束的瞬间检测到电机角速度值ω₂；④根据吨位仪显示的压力值F，按公式

计算曲柄压力机和模具的综合刚度C，其中E_d为工件变形功；

其次，制定工艺曲线第i条，步骤为：由曲柄压力机转动惯量J、压力值F、曲柄压力机和模具的综合刚度C、电机(4)的额定转矩Me、过载倍数K_M、压力行程的电机转角α、工件变形功E_d、第i条工艺曲线打击结束瞬间的电机角速度值ω_2i，按公式 ${{\mathrm{\ω}}_{1i}}^2=\frac{1}{J}(\frac{F^2}{C}+{2E}_d+J{{\mathrm{\ω}}_{2i}}^2-2K_M{M}_e\mathrm{\α}),$ 确定曲柄压力机打击开始时所需的电机角速度ω_li；

最后，曲柄压力机按工艺曲线运行，步骤为：输入第i条工艺曲线的曲柄压力机打击开始时所需的电机角速度ω₃值，放入坯料，再通过控制部件控制电机(4)动作，待打击开始检测到电机角速度值等于输入的电机角速度ω_li时，控制部件控制电机(4)以额定转矩Me和过载倍数K_M运行压力行程的电机转角α，实施打击，曲柄压力机自动按第i条工艺曲线使坯料变形成为工件。

所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，曲柄压力机包括电机、控制部件、传动机构和安装在机身上的工作机构，其中控制部件与电机连接，电机输出轴通过传动机构连接工作机构。

所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，控制部件包括电机控制器、制动器、角位移传感器、可编程控制器和触摸屏，其中制动器和角位移传感器均安装在电机的输出轴上，电机控制器的输出端接电机的输入端，电机控制器的输入端分别接角位移传感器、可编程控制器和触摸屏的输出端，可编程控制器的输出端接制动器的控制端，可编程控制器的输入端接触摸屏。

所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，传动机构采用齿轮传动或者皮带传动，如果采用齿轮传动，传动机构包括齿轮轴和从动齿轮，其中齿轮轴的输入端固定连接电机的输出端，从动齿轮固定安装在工作机构上。

所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，工作机构包括曲柄、连杆和滑块，曲柄的输入端与传动机构的输出端固定连接，曲柄中部接连杆的上端，连杆底部连接滑块。

所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，电机采用开关磁阻电机或可逆电机。

所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，角位移传感器采用旋转变压器或霍尔传感器，制动器采用盘式制动器；模具包括上模和下模。

工件变形功E_d可以通过计算机仿真计算获得。

本发明与现有技术相比，其优点是：

1、所测试的综合刚度包括受力件弹性变形和摩擦力做功消耗能量的折算刚度；

2、可根据工艺参数工件变形功E_d、压力值F等数值的不同，制订不同的工艺曲线，由用户根据需求选用，可获得提高模具寿命、提高生产率和提高产品质量的有益效果；

3、本发明可用于曲柄压力机等设备。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中：1、电机控制器2、制动器3、角位移传感器4、电机5、齿轮轴6、从动齿轮7、曲轴8、连杆9、滑块10、垫板11、机身12、可编程控制器13、触摸屏14、吨位仪15、上模16、下模

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：曲柄压力机包括电机4、控制部件、传动机构和安装在机身11上的工作机构，其中：

电机4采用开关磁阻电机，角位移传感器3采用旋转变压器，制动器2采用盘式制动器，模具包括上模15和下模16。

控制部件包括电机控制器1、制动器2、角位移传感器3、可编程控制器12和触摸屏13，其中制动器2和角位移传感器3均安装在电机4的输出轴上，电机控制器1的输出端接电机4的输入端，电机控制器1的输入端分别接角位移传感器3、可编程控制器12和触摸屏13的输出端，可编程控制器12的输出端接制动器2的控制端，可编程控制器12的输入端接触摸屏13。

传动机构采用齿轮传动，包括齿轮轴5和从动齿轮6，其中齿轮轴5的输入端固定连接电机4的输出端，从动齿轮6固定安装在工作机构上。

工作机构包括曲柄7、连杆8和滑块9，曲柄7的输入端与传动机构的输出端固定连接，曲柄7中部接连杆8的上端，连杆8底部连接滑块9。

实施例中：曲柄压力机转动惯量J为10kgm²，工件变形功E_d为2.5×10³J，用于综合刚度测定的电机角速度ω₁为30s^-1，电机的额定转矩Me＝1000Nm、过载倍数K_M＝3，压力行程的电机转角α＝1/6rad，具体过程为：

首先，测定曲柄压力机和模具综合刚度，步骤为：①把吨位仪14安装在曲柄压力机的机身11上，把坯料放入模具内；②通过控制部件输入电机角速度ω₁和曲柄压力机转动惯量J，分别为30s^-1和10kgm²；③通过控制部件控制电机4动作，待打击开始检测到电机角速度值等于30s^-1时，控制部件控制电机4匀速，实施打击，使坯料变形成为工件；③控制部件在打击结束的瞬间检测到电机角速度值ω₂＝10s^-1；④根据吨位仪14显示的压力值F＝1×10⁶N，由J＝10kgm²、ω₁＝30s^-1、ω₂＝10s^-1、 E_d＝2.5×10³J，按公式计算曲柄压力机和模具的综合刚度，得

其次，制订工艺曲线第1条：设定打击结束瞬间的电机角速度值ω₂₁＝5s^-1，由Me＝1000Nm、K_M＝3、α＝1/6rad、J＝10kgm²、E_d＝2.5×10³J、F＝1×10⁶N、

按公式 ${{\mathrm{\ω}}_{11}}^2=\frac{1}{J}(\frac{F^2}{C}+2\mathrm{Ed}+J{{\mathrm{\ω}}_{21}}^2-2K_M{M}_e\mathrm{\α})$ 确定曲柄压力机打击开始时的电机角速度为ω₁₁＝26.9s^-1，得到曲柄压力机的电机角速度的工艺曲线第1条；

制订工艺曲线第2条：设定打击结束瞬间的电机角速度ω₂₂＝10s^-1，由Me＝1000Nm、K_M＝3、α＝1/6rad、J＝10kgm²、E_d＝2.5×10³J、F＝1×10⁶N、

按公式 ${{\mathrm{\ω}}_{12}}^2=\frac{1}{J}(\frac{F^2}{C}+2\mathrm{Ed}+J{{\mathrm{\ω}}_4}^2-2K_M{M}_e\mathrm{\α})$ 确定曲柄压力机打击开始时的电机角速度ω₁₂＝28.3s^-1，得到曲柄压力机的电机角速度的工艺曲线第2条。

依次类推，可以得到数条工艺曲线。

最后，曲柄压力机按工艺曲线运行，步骤为：

若按工艺曲线第1条运行，输入曲柄压力机打击开始时的电机角速度ω₁₁＝26.9s^-1值，放入坯料，再通过控制部件控制电机4动作，待打击开始检测到电机角速度值等于输入的电机角速度ω₁₁时，控制部件控制电机4以额定转矩Me＝1000Nm和过载倍数K_M＝3运行压力行程的电机转角α＝1/6rad，实施打击，曲柄压力机自动按第1条工艺曲线使坯料变形成为工件，则打击结束时的电机角速度值即为ω₂₁＝5s^-1。

若按工艺曲线第2条运行，输入曲柄压力机打击开始时的电机角速度ω₁₂＝28.3s^-1值，放入坯料，再通过控制部件控制电机4动作，待打击开始检测到电机角速度值等于输入的电机角速度ω₁₂时，控制部件控制电机4以额定转矩Me＝1000Nm和过载倍数K_M＝3运行压力行程的电机转角α＝1/6rad，实施打击，曲柄压力机自动按第2条工艺曲线使坯料变形成为工件，则打击结束时的电机角速度值即为ω₂₂＝10s^-1。

Claims (8)

1.一种曲柄压力机工艺曲线的数控方法，其特征在于采用如下步骤：

首先，测定曲柄压力机和模具综合刚度，步骤为：①把吨位仪(14)安装在曲柄压力机的机身(11)上，把坯料放入模具内；②通过控制部件输入电机角速度ω₁和曲柄压力机转动惯量J；③通过控制部件控制电机(4)动作，待检测到电机角速度值等于输入的电机角速度ω₁时，控制部件控制电机(4)匀速，实施打击，使坯料变形成为工件；③控制部件在打击结束的瞬间检测到电机角速度值ω₂；④根据吨位仪(14)显示的压力值F，按公式

计算曲柄压力机和模具的综合刚度C，其中E_d为工件变形功；

其次，制定工艺曲线第i条，步骤为：由曲柄压力机转动惯量J、压力值F、曲柄压力机和模具的综合刚度C、电机(4)的额定转矩Me、过载倍数K_M、压力行程的电机转角α、工件变形功E_d，第i条工艺曲线打击结束瞬间的电机角速度值ω_2i，按公式 ${{\mathrm{\ω}}_{1i}}^2=\frac{1}{J}(\frac{F^2}{C}+{2E}_d+J{{\mathrm{\ω}}_{2i}}^2-2K_M{M}_e\mathrm{\α})$ 确定曲柄压力机打击开始时所需的电机角速度ω_li；

最后，曲柄压力机按工艺曲线运行，步骤为：输入第i条工艺曲线的曲柄压力机打击开始时所需的电机角速度ω_li值，放入坯料，再通过控制部件控制电机(4)动作，待打击开始检测到电机角速度值等于输入的电机角速度ω_li时，控制部件控制电机(4)以额定转矩Me和过载倍数K_M运行压力行程的电机转角α，实施打击，曲柄压力机自动按第i条工艺曲线使坯料变形成为工件。

2.如权利要求1所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，其特征在于：曲柄压力机包括电机(4)、控制部件、传动机构和安装在机身(11)上的工作机构，其中控制部件与电机(4)连接，电机(4)输出轴通过传动机构连接工作机构。

3.如权利要求2所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，其特征在于：控制部件包括电机控制器(1)、制动器(2)、角位移传感器(3)、可编程控制器(12)和触摸屏(13)，其中制动器(2)和角位移传感器(3)均安装在电机(4)的输出轴上，电机控制器(1)的输出端接电机(4)的输入端，电机控制器(1)的输入端分别接角位移传感器(3)、可编程控制器(12)和触摸屏(13)的输出端，可编程控制器(12)的输出端接制动器(2)的控制端，可编程控制器(12)的输入端接触摸屏(13)。

4.如权利要求2所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，其特征在于：传动机构采用齿轮传动或者皮带传动，如果采用齿轮传动，传动机构包括齿轮轴(5)和从动齿轮(6)，其中齿轮轴(5)的输入端固定连接电机(4)的输出端，从动齿轮(6)固定安装在工作机构上。

5.如权利要求2所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，其特征在于：工作机构包括曲柄(7)、连杆(8)和滑块(9)，曲柄(7)的输入端与传动机构的输出端固定连接，曲柄(7)中部接连杆(8)的上端，连杆(8)底部连接滑块(9)。

6.如权利要求1所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，其特征在于：电机(4)采用开关磁阻电机或可逆电机。

7.如权利要求3所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，其特征在于：角位移传感器(3)采用旋转变压器或霍尔传感器，制动器(2)采用盘式制动器。

8.如权利要求1所述的曲柄压力机工艺曲线的数控方法，其特征在于：其特征在于：模具包括上模(15)和下模(16)。

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