CN1064002C - 压力机床的加压力自动控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

压力机床的加压力自动控制方法，在用压力机床模具对被加工件的一部分或者全域进行塑性变形的压力加工循环中，包括下列步骤：测出上述压力加工中由上述模具施加在被加工件上的加压力；将该测出的加压力与预先设定的最佳设定加压力进行比较；若在上述的测出加压力与上述设定加压力之间存在差值，修正上述测出的加压力使其接近等于上述的设定压力，其特征在于：在从所述压力加工循环开始时起的一个规定的基础时间或基本转数内，当上述测出的加压力超过上限值或下限值时，使上述的压力加工循环停止。

Description

压力机床的加压力自动控制方法及其装置

本发明涉及压力机床中由加工模具向被加工件施加压力时的为使施加的压力保持一定而采取的加压力自动控制方法及其装置，特别是与压力加工中由加工模具向被加工件施加压力时的能使施加的压力达到预定的最佳值的压力机床的加压力自动控制方法及其装置有关。

目前在压力加工中，使用以往复运动为主的冲压等加工机械及其模具，对金属及其它材料或进行全域塑性变形加工或进行成形、接合、剪断及矫正加工的方法已是众所周知的。在这种压力加工中，使被加工件产生塑性变形时，由于伴随加工进行、气温环境的变化，加工压力发生变化。尤其，这种加工进行精密拉延、精密剪断等精密塑性变形加工时，会突然产生制品不匀，存在的缺点是实现稳定加工有困难。

现在详细地说明这种缺点，在机械冲压的场合，即使用全部相同膨胀率的金属制造装置，机械摩擦多的机械部分发热、受热后只是这部分温度升高。因此，只是升温这部分产生膨胀。结果，使构成冲压的各要素产生变形。例如，曲柄压力机械的场合，若机体伸长压头伸出时冲压力最强的下死点上移，导致压力下降。当位于中心的压头因加压升温时，压头伸出因自身膨胀下死点位置下移，压力反而上升。

在油压压力机中也产生和机械压力机相同的现象。即加工开始后，与经过的时间同时，使用的压力油的油温也上升，压力上升直到达到适宜温度。可是当超过适宜温度时，由于油的粘度下降，压力也下降。

由于上述原因，使施加的压力发生变化，从而使压力加工制品发生不匀，所以要保证精密加工就必须不断地调整施加的压力。但是，在压力加工中，即使是在加工开始时设定了最佳的压力，但加工时间一长，随着温度上升，加压的位置(即下死点的位置)发生变化，从而使施加的压力也发生变化。

本发明是针对上述现有技术的问题而提出的。

本发明的第一个目的在于为压力机床提供能使其模具向被加工件施加的压力保持一定的加压力自动控制方法及其装置。

本发明的第二个目的在于提供能检测压力加工中的加工压力的变动，并对其进行修正的加压力自动控制方法及其装置。

本发明的第三个目的在于提供能使压力加工中不良品的发生防止于未然的压力机床的加压力自动控制方法及其装置。

本发明的第四个目的在于提供能使压力模具的破损防止于未然的压力机床的加压力自动控制方法及其装置。

为实现上述目的，采用下述的压力机床的加压力自动控制方法及其自动控制装置。

压力机床的加压自动控制方法包括下列步骤：在用压力机械及模具对被加工件的一部分或全域进行塑性变形的压力加工的循环中，测出在上述的压力加工中由上述模具向上述被加工件施加的加压力的大小；将上述测出的加压力与预先设定的最佳设定压力进行比较；当上述测出的加压力与上述设定的加压力存在差值时，修正上述测出的加压力，使其接近上述的设定加压力；在从所述压力加工循环开始时起的一个规定的基础时间或基本转数内，当上述测出的加压力超过上限值或下限值时使上述的压力加工循环停止。

本发明的压力机床的加压力自动控制装置用于由安装着模具的压头向被加工件施加压力、使其一部分或全域产生塑性变形的压力机床，所述机床包括压力机机身、可自由移动地设置在上述压力机机身上的安装着模具的压头、将旋转运动转换成直线运动从而驱动上述压头沿直线方向运动的压头驱动机构，和旋转驱动上述压头的驱动机构的伺服电动机，所述的加压力自动控制装置包括设置在上述压头处的能调整上述被加工件和上述压头之间距离的调整部分；设置在上述压力机床上、用于测出在压力加工中由上述模具向上述被加工件施加的压力大小的加压力测出传感器；用上述加压力测出传感器测出在上述压力加工中由上述模具向上述被加工件施加的加压力的大小、将上述测出的加压力与预先设定的加压力进行比较，并根据上述测出的加压力和上述设定的加压力之间的差值用上述距离调整部分将上述测出的加压力修正为接近等于上述设定的加压力的加压力控制部分；

在上述压力机床的加压自动控制装置中，如果上述的距离调整部分由用螺钉连接在上述压头和上述模具之间的螺旋连接机构及驱动上述螺旋连接机构以调整上述距离的驱动伺服电动机组成，则效果更佳。此外，如果把上述加压力测出传感器设置在上述机身上，则更理想。

以下，结合附图说明本发明。图1是压力机床的剖视图；

图2是图1的左侧视图；

图3是图1的A-A的剖视图；

图4是控制装置的功能程序框图；

图5是表示控制装置所处的状态代号及设定内容的图表；

图6是表示控制装置在加工中的动作概要流程框图。

以下，结合附图说明本发明的实施例。图1是压力机床的剖视图。机身2的形状为略成箱型的形状。在本实施例中，机身2是铸造的。曲柄机构3安装在机身2中。曲柄机构3由两处的轴承4、5将曲柄轴6、7支撑在机身2上。

在曲柄轴6的延长轴9上用键固定着蜗轮8，再用轴承10将该轴9可转动自由地支撑在机身2上。在轴9的的端部固定着用于测出曲柄机构3的旋转速度的圆板11。在圆板11的外周加工出缺口12a、12b。缺口12a、12b用于测出曲柄机构3的上死点和下死点的位置，而且是对应上下死点的位置形成的。在缺口12a、12b的位置安装4个光传感器13a、13a、13b、13b，由它们测出上死点和下死点。

在曲柄轴6的曲拐的偏心位置设置与其一体的曲拐轴15。曲拐轴15这一端为分成两体的结构。曲拐轴15的一端设有与其一体的连接销轴16，该连接销轴16插入设置在曲柄轴7上的连接孔17中。曲拐轴15的中心线与曲柄轴6、7的中心线偏心。因此，压头60的往复运动量约为上述偏心量的2倍。

在另一侧，蜗轮8与蜗杆20啮合。在蜗杆轴上设置同步皮带轮21。在同步皮带轮21上安装同步皮带22。同步皮带22的另一端与同步皮带轮23啮合。同步皮带轮23与Ac伺服电动机24的输出轴25连接。这样，曲柄机构3由AC伺服电动机24经输出轴25、同步皮带轮23，同步皮带22、同步皮带轮21、蜗杆20、蜗轮8带动转动。

在曲拐轴15上，通过曲拐轴轴承30可转动自由地安装着连杆31的一端。连杆31的另一端通过压头销轴32的轴承33可自由转动地与压头销轴32连接。压头销轴32被固定在上部压头34上。上部压头34可自由转动地支撑着螺旋杆35的上端。在螺旋杆35的上部设置与其一体的小直径部分36及法兰盘37。小直径部分36和法兰盘37由对半分成的2个支撑件38a、38b可自由转动支撑着。

支撑件38a、38b用螺栓39固定在上部压头34上。上部压头34沿直线轴承(图中未示出)上下方向移动自由地支撑在机身2内形或的空间40中。螺旋杆35的下端加工出阳螺纹部分41。在螺旋杆35的外周用小螺钉固定2条键42。键42和螺纹驱动套筒43之间只能沿轴线方向自由移动配合着。

在螺纹驱动套筒43的外周，固定着键44。通过键44固定着蜗轮45。因此，蜗轮45通过键44将转动传递给螺纹驱动套筒43。在蜗轮45的两侧面设置2个止推轴承46、46，将其可自由转动地支撑在机身2上。螺纹驱动套筒43由径向轴承47可自由转动地支撑在机身2上。

蜗轮45与蜗杆50啮合。该蜗杆50的轴51与同步皮带轮52固定连接。在同步皮带轮52上安装同步皮带53。同步皮带53与同步皮带轮54啮合。同步皮带轮54与AC伺服电动机55的输出轴56的一端固定连接。这样，AC伺服电动机55经输出轴56、同步皮带轮54、同步皮带53、同步皮带轮52、轴51、蜗杆50、蜗轮45、螺纹驱动套筒43驱动螺旋杆35转动。

螺旋杆35拧进下部压头60的上端阴螺纹61中。下部压头60经滑动键62沿圆筒状导向套筒63上下移动自由地支撑着。在导向套筒63和下部压头60之间安装着滚珠导轨64。导向套筒63插入外套筒65中。

外套筒65和导向套筒63之间不能相互转动是由固定键66固定的。再用螺栓将外套筒65固定在机身2上。在外套筒65的下端用螺栓固定着端盖67。在机身2中，因为充填润滑油，所以，在端盖67处设置油封68，以防止下部压头60处间隙漏油。

图4是压力机床的控制装置概要功能程序图。控制装置70是控制压力机床运转的装置。微型计算机71是众所周知的单片微型计算机。微机71经总线72与起始开关73连接。起始开关73由控制装置70设定起始条件。

起动开关74是加工时起动压力机床运转的开关。数据存储器75用于记忆存储压力加工时加工压力的压力上限、下限的设定值等各种数据。在该上限、下限范围内使压力机床工作。数据存储器75还能设定基础时间、基本转数等。

控制操纵盘78由LED表示器、输入开关组成。2位数的LED表示器79表示状态的代号。状态选择开关80是用于选择控制装置的动作状态的数字开关，4位数的LED表示器81是用于表示数据的。数值设定开关82是向LED表示器81输入设定数值的数字开关。

在LED表示器79、81处，当只变更表示数据时，为向微机71进行数据传送，设置保持所传送的表示数据的闩锁电路，该数据驱动电路77给予表示。电动机控制器83是用于通过控制AC伺服电动机24、AC伺服电动机55的，主要由中继电路构成，由它发出指令正转、逆转、停止等。

在机身2的最上部上贴看半导体应变计84。半导体应变计84，当半导体发生变形时，其电阻就发生变化。由半导体应变计84的电阻的变化测出机身2的变形就能测出施加在被加工件上的压力。半导体应变计84的输出经放大器85被放大，其数值经D／A变换器86由微机71进行不断地监视。测量仪表87用于模拟表示由下部压头60施加给模具90的加工压力。

在压力机运转开始之前，应预先向控制装置的数据存储器75中存入以下的内容，即设定的基础时间、基本转数、压力的上限、压力的下限、工作压力、超压力。这些设定值用状态选择开关80选择状态后，用数字开关82输入必须的数据。图5表示状态代号和内容的关系。

状态01表示基础时间。所谓基础时间是设定的短时间中发生模具破损、异常摩损的时间。状态02表示基本转数。所谓基本转数是设定的在少数转数模具发生异常摩损、破损的加工转数。冲头及冲模，在加工中因在被加工件表面上滑动而被摩损。也就是说，每次加工中工具刀口表面都要产生微量的摩损。

当这种摩损处于正常状态时，工作压力不发生急剧的变化，正常摩损的时候，是渐渐增加压力的。但是，因某种原因发生模具异常摩损、破损时，短时间或少数加工转数中加工压力将发生很大的变化。换句话说，相对压力机加压的时间或者加工转数微分值是变大的。基础时间及基本转数是基于上述的知识由实验或经验得到的值预先设定的。

加工中的加压力，即使是在正常地动作中，前后的循环中也多少发生些偏差，状态03表示压力的上限值。压力的上限值是基础时间及基本转数中所允许的压力的上限值。状态04表示压力的下限值。压力的下限值是基础时间及基本转数中所允许压力的下限值。压力的上限值及压力的下限值同样是基于上述的知识由实验或经验得到的值预先设定的。

状态05表示压力状态。压力表示状态实际上是表示所施加的压力的。状态06表示工作压力设定状态。工作压力设定状态是加工中设定的压力。即使在正常加工中，加工中的加工压力值变动很大的场合，也应设定某一程度的值。

状态07表示超压力设定状态。超压力设定状态是工作加压力超过这个状态值并使其停止时的限界值。上述的压力的上限值和压力的下限值也是在短时间及少数转数内设定的变化量，可是该超压力设定不是变化量而是工作加压力的绝对值。超过该压力时，立即使工作停止。

图6是表示控制装置动作的流程图。在工作之前，应进行以下的初步调整。按动初始开关73，起动AC伺服电动机24，驱动曲柄机构3，经驱动曲柄机构3，使下部压头60开始下降。利用光传感器13a、13a测出曲柄机构的下死点，使下部压头60停止在测出的下死点处。接着起动AC伺服电动机55、驱动螺旋杆35。

通过驱动螺旋杆35使下部压头60下降。由于下部压头60下降，模具90的挡块91a和91b相撞。将该相撞用半导体应变计84测出，由此使AC伺服电动机55停止转动。将该位置定为模具90开始加工的原点。再使AC伺服电动机24起动，驱动曲柄机构3使下部压头60上升到上死点停止。然后，只用预先设定的数值使下部压头60下降，到此初始调整结束。

接着，按动起动开关74，进入加工循环。当控制装置70确认被加工件放置在模具90中后，微机71向电动机控制器83发出指令起动AC伺服电动机24，由起动的AC伺服电动机24驱动曲柄机构3使下部压头60下降。

下面，说明这期间的AC伺服电动机24的速度控制方法，该方法为本发明人提出的公知方法(见专利公开平3-33439号)，在该加工中的一个循环中，完成被加工件的加工工序时，微机71通过半导体应变计84读取工作加压力、与上个循环的压力比较，测出的加工压力的变化，再比较该变化是否在上述的压力的上限或下限内的数值中变动。

当该变动压力超过设定的压力上限或者压力下限时，立即由微机71判断其变动是否在基础时间及基本转数内。在基础时间或基本转数内，立即向AC伺服电动机24发出指令紧急停止转动。再判断是否是设定的超压力的大小(即绝对值)。在设定的压力内，返回上述的加工循环。若超过设定的压力，也超过设定的超压力，立即向电动机控制器83发出指令停止AC伺服电动机24的转动。

测出的加压力不超过设定的超压力，但却需要进行补正时驱动AC伺服电动机55使下部压头60上下实现加压力调节。这时的下部压头60的上下调节量是按预先设定的转动次数对应设定的压力和测出的压力的差的大小进行调节的。

上述的实施例是有曲柄机构的压力机床，上述内容的构思也适用于凸轮压力机床、螺旋压力机床、连杆压力机床、齿条压力机床、肘杆压力机床等，也适用于油压压力机。

象上述详细说明那样，本发明，因为能用一定的压力进行压力加工，与模具的形状厚度等无关，由于是定压力加工，不需要使用多余的能量，而且，即使是温度环境变化也能使加压力保持一定，因此压力加工稳定，测出模具异常就立即使压力机床停止工作，能避免模具破损。

Claims (4)

1．压力机床的加压力自动控制方法，在用压力机床模具对被加工件的一部分或者全域进行塑性变形的压力加工循环中，包括下列步骤：

测出上述压力加工中由上述模具施加在被加工件上的加压力；

将该测出的加压力与预先设定的最佳设定加压力进行比较；

若在上述的测出加压力与上述设定加压力之间存在差值，修正上述测出的加压力使其接近等于上述的设定压力，

其特征在于：在从所述压力加工循环开始时起的一个规定的基础时间或基本转数内，当上述测出的加压力超过上限值或下限值时，使上述的压力加工循环停止。

2．压力机床的加压力自动控制装置，该机床包括压力机机身、可自由移动地设置在上述压力机机身上的安装着模具的压头、将旋转运动转换成直线运动、驱动上述压头沿直线方向运动的压头驱动机构，和旋转驱动上述压头驱动机构的伺服电动机，所述压力机床由安装着模具的压头向被加工件施加压力，使其一部分或全域产生塑性变形，所说的控制装置包括设置在上述压头处的能调整上述被加工件和上述压头之间距离的调整部分；设置在上述压力机床上用于测出在压力加工中由上述模具向上述被加工件施加的加压力大小的加压力测出传感器；用上述加压力测出传感器测出在上述压力加工中由上述模具向上述被加工件施加的加压力的大小、并将上述测出的加压力与预先设定的加压力进行比较，在上述测出的加压力和上述设定加压力之间存在差值时用上述距离调整部分对上述测出的加压力进行修正使其接近等于上述设定加压力的加压力控制部分；

其特征在于还包括：

在从所述压力加工循环开始时起的一个规定的基础时间或基本转数内、当上述测出的压力超过上限值或下限值时使所述压力加工停止的加工停止装置。

3．根据权利要求2的压力机床的加压力自动控制装置，其特征在于：上述的距离调整部分由用螺钉连接在上述上部压头和上述模具之间的螺旋连接机构及驱动上述螺旋连接机构实现调整上述距离的螺旋驱动伺服电动机组成。

4．根据权利要求3的压力机床的加压力自动控制装置，其特征在于：在上述压力机机身上设置有测出上述加压力的传感器。

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