CN109195782B - 用于用预先确定的挤压力挤压工件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于借助成形刀具(3)用预先确定的挤压力挤压工件(4)的方法，成形刀具通过传动机构、特别是螺杆传动机构(6)与电机(2)联接，其中，螺杆传动机构(6)将电机(2)的驱动轴(8)的旋转运动转化成成形刀具(3)的平移运动。所述方法包括下列方法步骤：‑将电机(2)沿旋入方向加速到预定的最大转速；‑以最大转速运行电机(2)直至电机(2)的驱动轴(8)已经完成预定数量的旋转；‑将电机(2)的转速降低到预先确定的降低的转速；‑以降低的转速运行电机(2)直至由接在电机(2)下游的测量单元(12)探测到了超过预先确定的阈值的挤压力上升；‑在借助测量单元(12)不断检测挤压力直至达到预先确定的挤压力的情况下使工件(4)成形。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于用预先确定的挤压力挤压工件的方法。
背景技术
由现有技术已知用于挤压工件的不同的方法。由现有技术已知的方法尤其涉及制造设备，在这些制造设备中应当用预先确定的挤压力挤压工件。在此，工件必须用预先确定的挤压力挤压，其中，挤压力的实际值仅具有小的公差范围。
DE 19606842A1公开了一种用于挤压工件的方法，其中提供了挤压杆，该挤压杆通过传动机构与驱动马达联接。在挤压过程中，驱动电机首先加速到最大速度并且紧接着减速到降低的速度。在驱动电机以所述降低的速度运行期间，监控驱动电机的电量，以便检测施加在驱动电机上的扭矩。
由现有技术已知的方法具有的缺点是，为了在遵守要求的公差范围的情况下达到所要求的挤压力，必须将挤压速度选择得相应较小，以便阻止基于传动系的各个构件的惯性而出现的扭曲压紧力的动态效应。
发明内容
本发明的任务是，克服现有技术的缺陷以及提供一种方法，该方法在保持加工精确度的同时具有提高的加工速度。
该任务通过一种装置和一种按照本申请所述的方法解决。
按照本发明，规定了一种用于借助成形刀具用预先确定的挤压力挤压工件的方法，该成形刀具通过螺杆传动机构与电机联接。螺旋传动机构将电机的驱动轴的旋转运动转化成成形刀具的平移运动。电机由调节装置操控。所述方法包括下列方法步骤：
-沿旋入方向将电机加速到预定的最大转速，由此成形刀具朝向工件运动；
-在最大转速下运行电机直至该电机的驱动轴已经完成预定数量的螺杆旋转或成形刀具已经到达预定的位置，其中，在这个方法步骤期间，成形刀具自由地朝向工件运动，而不接触这个工件；
-将电机的转速降到预先确定的降低的转速；
-以所述降低的转速运行电机直至接在电机下游的测量单元探测到超过预先确定的阈值的挤压力上升或直至在电机上探测到了超过预先确定的阈值的转矩上升，其中，当成形刀具贴靠在有待成形的工件上时，就出现挤压力上升；
-在借助测量单元或电机上的转矩不断检测挤压力直至达到预先确定的挤压力的情况下成形所述工件。
按本发明的方法的优点在于，该方法被划分成最为不同的方法步骤，其中，电机在各个方法步骤中具有不同的速度。通过这种措施达到了，可以最大程度地缩短挤压时间以及同时能最大程度地精确地达到所要求的挤压力。特别是在电机以预定的最大转速运行时，确保了成形刀具的最大程度地快速的进给。在该方法步骤中，成形刀具朝向工件的方向运动，其中要注意的是，成形刀具自由地朝向工件运动并且该成形刀具还没有贴靠在工件上。在电机以降低的转速运行的紧接着的方法步骤中规定，成形刀具贴靠在有待加工的工件上。作为螺杆传动机构的备选，也可以使用其它适用于将电机的旋转运动转化成成形刀具的平移运动的器件。成形刀具的预定的位置可以例如借助线性的测量单元检测。在电机中的转矩上升可以例如通过检测电机中的电机电流被探测到。
此外可能适宜的是，在探测到挤压力上升之后，电机被制动到预先确定的最小转速。在此的优点是，通过将电机制动到最小速度可以防止过度挤压以及因此防止了挤压力的超限。
此外可以规定，电机在预先确定的或能预先确定的持续时间内以最小转速运行，直至在传动系中基于从所述降低的转速到最小转速的制动过程而出现的振荡被最大程度地地消除。在此的优点是，通过以最小转速运行电机可以在预先确定的持续时间内达到，可以使传动系振荡渐渐衰减并且因此不会出现测量单元上所测得的挤压力失真。在极端情况下可能需要选择完全停止不动作为最小转速。需消除的振荡基于传动系内各个部件的惯性或惯性力以及基于突发的制动操作产生。
此外可以规定，在工件变形时，通过调节装置在测量单元内所测得的挤压力的基础上预定对电机的操控。在经过预先确定的持续时间(在该持续时间内传感器信号失真)后，可以转移为挤压力调节，以便能达到所要求的挤压力。
也有利的是这样一种实施方式，按照该实施方式可以规定，降低的转速在最大转速的0.1％和100％之间、特别是在0.5％和99％之间、优选在50％和80％之间。在此有利的是，在电机以降低的转速运行时，可能探测到超过了预先确定的阈值的挤压力并且基于降低的转速紧接着留有足够的时间来进一步降低转速和调整所要求的挤压力。
按照一种扩展设计方案可能的是，直接在探测到挤压力上升后由调节装置在挤压力的基础上来预定对电机的进一步的操控，其中，在探测到挤压力上升之后，电机被制动到预先确定的最小转速，并且在制动过程的起始阶段中，在测量单元中检测到的挤压力被以模型计算为基础的挤压力叠化(überblenden)，以及在所述起始阶段之后，由测量单元探测到的挤压力用作调节装置的输入量。这种备选方案的优点是，方法时间可以被进一步缩短和优化。通过用以模型计算为基础的挤压力来叠化检测到的挤压力，可以补偿在电机的制动过程之后基于系统的振荡而出现的测量误差。
此外可能符合目的的是，在模型计算中考虑到了安装在传动系中的各个构件的惯性和/或弹簧刚度和/或阻尼和角加速度或线性加速度。在此有利的是，在这些值的基础上或者在这些状态参量的基础上，可以准确地计算传动系的动态特性并且由此可以补偿在电机制动时或加速时所测得的挤压力失真。
此外可以规定，模型计算基于相应之前的循环而在迭代的学习过程中被调整，其中，在测量单元中的转矩的测量值的时间变化曲线和电机力矩的以及在电机中的驱动轴的相关的转角的时间变化曲线被用来调整模型计算。在此有利的是，驱动方法可以在连续运行中被调整和改进，由此一方面可以提高用于达到挤压力的精确度以及此外还可以进一步缩短加工时间。
此外可以规定，使用干扰量观测器、特别是卡尔曼滤波器用于模型计算，在干扰量观测器上在第一个步骤中也进行调节并且从特定的时间点起才被叠化为在测量单元中探测到的力。在此有利的是，这种干扰量观测器可以借助调整参量和传感器信号估计实际上施加的真实的力并且可以预定调节装置上估计的外部力，由此可以改善在达到预先确定的挤压力时的精度。
此外可以规定，给调节回路扩展用于力补偿和/或惯性补偿的预控制，所属的调节器的动态可能还不够。预控制可以借助数学模型被推导出。可能足够以此使用一个强烈简化的模型，如纯刚性体系统，其仅考虑惯性以及不考虑动态的元素。作为对此的备选，可以使用一种如在本申请中说明的用于形成数学模型的动态系统。
此外可以规定，使用压电传感器作为测量单元，压电传感器为了检测挤压力而被布置在成形刀具的区域中。在此有利的是，压电传感器一方面具有高测量精度以及此外也具有极为快速的响应能力。
此外可以规定，直接在探测到挤压力上升之后，由调节装置在挤压力值的额定轨迹的基础上来预定对电机的进一步的操控，其中，由挤压力值的额定轨迹在预控制中计算出转速变化曲线。若使用干扰量观测器，那么可以估计实际上作用的力。通过到这个估计出的力上的叠化可以排除干扰。
此外可以规定，在探测到挤压力上升之后的第一个阶段中，借助干扰量观测器估计挤压力值，并且在探测到挤压力上升之后的第二个阶段中，挤压力直接由测量单元探测并且用作调节的输入参量。通过借助干扰量观测器预定挤压力值，可以滤出系统中的振荡或干扰，因而在调节中不会出现振荡。在阻尼振荡之后，可以紧接着将实际上在测量单元处测得的转矩用作调节的输入值。
此外可以规定，在各个方法步骤的不同的转速之间的过渡被预定成，使得不会出现加速度的突然上升。通过避免加速度的突然上升可以减小作用到压力机的各个构件上的冲击以及由此提高压力机的耐用性。
电机被加速到的最大转速，不必强制性对应电机的最大可能的转速。更确切地说也可能的是，最大转速基于过程参数产生并且是一个计算求出的值。预定的最大转速在此从一个挤压过程到接下来的挤压过程时可以变化。
此外可以规定，选择形式为
的三阶低通滤波器作为调节器。
此外可以规定，调节器参数可以借助环路整形方法调整。
被探测到的挤压力或转矩的阈值可以是单位为N的挤压力的或者单位为Nm的转矩的一个预定的或能单个预定的绝对值。
作为对此的备选也可能的是，不预定挤压力或转矩的绝对值作为阈值，而是预定成形刀具的每个移动路程(其中，可以直接在成形刀具上测量移动路程，或者可以通过驱动马达的旋转的数量进行计算)的预定的或能单个预定的挤压力上升，或者电机的每个转角单元的转矩上升作为阈值。挤压力上升的阈值可以例如用电机的N/mm的移动路程或N/°转角定义。转矩上升的阈值可以例如用Nm/°转角定义。
在又另一种实施变型方案中可以考虑的是，预定成形刀具的每个移动路程(其中，可以直接在成形刀具上测量移动路程，或者可以通过驱动马达的旋转的数量进行计算)的挤压力上升的最大变化或者电机的每个转角单元的转矩上升的最大变化作为阈值。每个转角单元的挤压力上升的最大变化可以例如由成形刀具的每个移动路程单元的挤压力上升的函数的一阶导数计算得出。转矩上升的变化的这个阈值可以例如用△N/△mm移动路程定义。每个转角单元的转矩上升的最大变化可以例如通过电机的每个转角单元的转矩上升的函数的一阶导数计算得出。转矩上升的变化的这个阈值可以例如用△Nm/△°转角定义。
按照本申请，调节指的是具有所属的电机调节的双自由度力调节，其中，伴随所述调节的调节回路也可以具有附加的预控制。
此外可以规定，在负载特性曲线以及针对外部的挤压力的期望的额定轨迹的基础上计算出转速变化曲线。这种速度在降低的转速下建立并且转化成停止不动。用这种转速曲线能确保，外部的挤压力足够好地跟踪期望的额定轨迹。由此在进一步的结果中能用线性的调节器RF来补偿保留的调节偏差。若使用干扰量观测器，那么可以调节到估计的信号并且在轨迹结束时叠化为测量信号。若不存在干扰量观测器，因为测量信号的质量足够好，那么直接调节到测量信号并且由此不需要执行叠化。
附图说明
为了更好地理解本发明，借助附图详细阐述本发明。
附图分别以强烈简化的示意图示出。图中：
图1是压力机的可能的结构的示意图；
图2是用于挤压工件的第一种调节策略的流程图；
图3是压力机的机械的模型的结构线路图；
图4是压力机的力变化曲线图；
图5是用于力调节的调节回路的结构线路图；
图6是力调节的一个示例性的调节系统；
图7是用于挤压工件的另一种调节策略的流程图；
图8是调节回路的结构线路图，调节回路带有干扰量观测器和负载预控制、力预控制和惯性补偿；
图9是调节回路的结构线路图，调节回路带有干扰量观测器和力预控制以及惯性补偿；
图10是调节回路的结构线路图，调节回路带有干扰量观测器和力预控制；
图11是调节回路的结构线路图，调节回路带有干扰量观测器和负载预控制以及力预控制；
图12是调节回路的结构线路图，调节回路带有负载预控制、力预控制和惯性补偿；
图13是调节回路的结构线路图，调节回路带有力预控制和惯性补偿；
图14是调节回路的结构线路图，调节回路带有力预控制；
图15是调节回路的结构线路图，调节回路带有负载预控制以及力预控制。
具体实施方式
首先要理解：在描述的不同的实施方式中为相同的部分使用相同的附图标记或相同的构件名称，其中，在整个说明书中包含的公开内容按照意义都能转用到有相同的附图标记或相同的构件附图标记的相同的部分。在说明书中选择的位置说明，如上、下、侧向等涉及到直接描述的以及示出的图并且这些位置说明在位置改变时能按照意义转用于新的位置。
图1示出了加工压力机1的示意图。加工压力机1包括电机2和与该电机2联接的成形刀具3。该成形刀具3可以作用到工件4上，以便能使该工件变形。这种变形可以例如是冲压。此外也可以考虑的是，工件4例如借助该成形刀具3弯曲。工件4的成形过程可以自动进行。所述成形刀具4可以具有各种不同的造型。
此外可以规定，电机2被设计成伺服电机。这种伺服电机可以例如是同步电机。此外可以规定，电机2与调节装置5连接。此外还可以规定，构造有变频器，其与电机2配合作用并且预定电机2的转速。
此外，如由图1看到那样可以规定，螺杆传动机构6联接在电机2上。这种螺杆传动机构6可以例如被构造成丝杠传动机构、优选构造成滚珠丝杠传动机构。滚珠丝杠传动机构的优点在于，它具有小的间隙。因此可以达到加工压力机1的高精确度。
借助螺杆传动机构6可以将电机2的旋转运动转化成成形刀具3的平移运动。
此外可选也可以规定，在螺杆传动机构6和电机2之间布置着传动机构7，借助该传动机构可以降低电机2的驱动轴8的转速。
当在传动系中设有传动机构7时，那么螺杆传动机构6的螺杆9与布置在传动机构输出端10上的传动机构输出轴11联接并且具有和该传动机构输出轴相同的旋转速度。
若在传动系中不设传动机构7，那么螺杆传动机构6的螺杆9与电机的驱动轴8联接并且具有和该驱动轴相同的旋转速度。
此外规定，在螺杆传动机构6和成形刀具3之间布置着测量单元12，该测量单元被构造用于检测施加在成形刀具3上的挤压力。测量单元12可以尤其构造成力传感器或构造成测力计。优选可以规定，测量单元12被构造成压电传感器。测量单元12联接到调节装置5上。
此外可以规定，为了连接电机2和传动机构6或为了连接传动机构7和螺杆传动机构6，设有离合器13。离合器13尤其用于在各个构件之间传递转矩以及因此布置在各个构件之间。
此外可以规定，螺杆传动机构6的螺杆9支承在支承部14上，该支承部用于吸收导入到螺杆9中的轴向力和径向力。此外可以规定，螺杆传动机构6包括螺母15，该螺母与螺杆9联接并且将螺杆9的旋转运动转化成螺母15的平移运动。
滑块16可以与螺母15联接，滑块可以用于容纳成形刀具3。尤其可以规定，测量单元12布置在滑块16和成形刀具3之间。
在一种未示出的实施变型方案中可以规定，测量单元12集成在滑块16中。
优选可以规定，成形刀具3以能取下的方式和滑块16联接。由此可以达到，用于不同应用要求的不同成形刀具3可以与滑块16联接。
此外可以规定，滑块16在导轨17上被引导。
借助图1现在阐述加工压力机1的一般的工作方式。
成形刀具3借助螺杆传动机构6朝向工件4运动，其中，螺杆传动机构6被电机2驱动。在第一个方法步骤中，成形刀具3在此自由地朝向工件4运动，其中要注意的是，成形刀具3不接触工件4。换句话说，也可以指的是进给过程。
在该进给过程结束时，成形刀具3的挤压面18与工件4接触，因此作用到成形刀具3上的力突然提高。紧接着将成形刀具3压入工件4，因此工件4借助成形刀具3变形。
可以说，挤压过程被分成了两个阶段。第一个阶段是进给过程，在第一个阶段中，成形刀具3自由地朝向工件4运动，但不接触该工件。
第二个阶段是成形阶段，在第二个阶段中，成形刀具3的挤压面18贴靠在工件4上并且工件4借助成形刀具3变形，此时需在电机2的驱动轴8上施加提高的转矩。
在进给过程时可以规定，电机2被先调节速度，直至超过了预定义的挤压力或者借助梯度方法识别到成形刀具3碰在工件4上。在成形阶段中可以规定，电机2被后调节力矩，其中，所测得的挤压力用于调节电机2。
在成形阶段中，可以借助级联式双自由度调节来调整预先定义的挤压力。该级联式调节包括内部的速度调节、叠加的力矩调节或力调节以及相应的以模型为基础的预控制。
借助以模型为基础的预控制来补偿基于负载而出现的挤压力和驱动的惯性。若在电机2和成形刀具3之间的机械联接足够刚性，那么在测量单元12上检测到的挤压力可以被用作力矩调节或力调节的直接的反馈量。
在调节时的困难在于，要将过程速度保持在很高以及挤压力保持在预定的限度内。若假设一种理想的、无干扰的控制路径，那么可以找到一条电机-转速变化曲线，其能调整期望的挤压力。不过在真实的应用情形中，要考虑到在测量单元12中的出现的干扰和测量噪声。
为了达到所定义的挤压力以及在此将过程速度保持得尽量高，发展出了按本发明的调节策略。
只要成形刀具3自由地朝向工件4运动并且不贴靠在该工件上，那么就不用考虑到实际上施加在成形刀具3上的挤压力的显著上升。因此有利的是，在这个成形阶段中直接预定了没有附加的力矩调节或力调节的电机-转速曲线。仅当成形刀具3的挤压面18接触工件4时，才出现了施加在成形刀具3上的挤压力的急剧上升并且力矩调节或力调节有效。在成形阶段中预定电机-转速曲线，在该电机-转速曲线中将不同的速度水平相互持续关联起来。由此确保了加工压力机1的机械部件不会被不必要地磨损并且系统内的振荡激发被保持得很小。
调节的目的在于，这样来调节实际上施加在成形刀具上的挤压力，使得该挤压力达到定义值，该定义值也被称为预先确定的挤压力。
实际上施加在成形刀具3上的挤压力应当借助测量单元12测量并且用作调节时的反馈量。不过要提到的是，在测量单元12中测得的挤压力仅当成形刀具3不是正好被加速或制动以及因此不出现基于各个构件的惯性引起的动态效应时才对应实际上施加在成形刀具3上的挤压力。换句话说，实际上施加在成形刀具3上的挤压力在成形刀具3停止不动或以恒定不变的进给速度运动时被测量单元12准确地测量，其中，该状态也必须已经保持了一定的持续时间，因而振荡已经被衰减。
图2示出了用于挤压工件4的第一种调节策略的示意性流程的流程图。
在决策路径上加号(+)代表条件被满足。减号(－)代表条件未被满足。
在方法步骤1中，电机2的驱动轴8被加速到最大转速。为了将电机2加速到最大转速，可以预定角速度的特定的时间变化曲线或特定的加速斜坡，借助该加速斜坡加速电机2。在询问A中询问，电机2的驱动轴8是否已经结束了预定数量的螺杆旋转，或者随之而来的是询问，成形刀具3已经借助螺杆传动机构6在其线性运动中运动了多远。
电机2这样长时间地以最大转速运行，直至在询问A中，达到预定数量的螺杆旋转或达到成形刀具3的预定的进给路径导致条件的满足。将螺杆旋转的数量(其用作用于切换到方法步骤2的触发器)选择得尽可能高，但也选择得这样低，使得在所有基于公差而能考虑的情形中确保成形刀具3的挤压面18不在该方法步骤期间贴靠在工件4上。在该方法步骤1中可以规定，在测量单元12上测得的挤压力未被询问或者至少不会包含在纳入电机调节。
紧接着在方法步骤2中，电机2以降低的转速运行。降低的转速用于，在测量单元12中探测挤压力上升时充分留出时间来减小电机转速或者转移到力调节上。在降低的转速下的转动速度取决于电机2可以被多快地制动并以及成形刀具3在置于工件4上之后还可以移动多远的移动路程。该最大的移动路程也被称为压入深度。当所设定的压入深度例如很大时，降低的转速可能具有高的值并且例如差不多和最大转速一样大。
从最大转速到降低的转速的过渡同样可以相应地遵循角速度的预先确定的时间变化曲线。在电机2在降低的转速下运行期间，测量单元12被激活，以便能够检测成形刀具3的挤压面18何时与工件4接触，从而出现在测量单元12中探测到的挤压力的突然的上升。询问B查明在测量单元12中探测的挤压力是否已经达到了一定的预定义的阈值并且在达到该阈值时启动方法步骤3。
紧接着在方法步骤3中力调节——如其在图5中带有图6中的调节系统的调节回路的结构线路图所示那样——被激活。借助力调节这样来控制电机2，使得达到了预先确定的挤压力。
图3示出了加工压力机1的机械模型的结构线路图。该结构线路图用作加工压力机1的模型化的基础。该模型的输入量是电机力矩Mm，驱动的摩擦力矩Mrm反作用该电机力矩。电机惯性矩由θm确定。离合器13被模型化为线性的弹簧-质量-阻尼器-元件。这由弹簧常数ck、阻尼常数dk和惯性矩θk表征，其中，惯性矩在驱动侧或从动侧各考虑一半。起到螺杆9的驱动力矩作用的离合器13之后的力矩用Msp标注。摩擦损失用力矩Mrs考虑到。用θsp说明螺杆9的惯性矩。滚珠丝杠传动机构将螺杆9的旋转运动变换成滑块16的平移运动。该变换的传动比用ig标注。将滑块16与质量m1以及将成形刀具3与质量m2连接起来的测量单元12，用带有弹簧常量cs和阻尼常量ds的线性的弹簧-阻尼器-模型模型化。滑块16的位置用s1说明以及成形刀具3的位置用s2说明。经变换的螺杆力矩引起了作用到滑块16上的力Fa。力Fs说明测量单元12的测量值以及Fext说明在挤压时出现的外部力。
图4示出了外部力关于成形刀具3的位置变化曲线的示例性的变化曲线。外部力的示例性的变化曲线可以通过试验求出。该示例性的变化曲线也被称为负载特性曲线。
为了能实现广泛的挤压应用并且确保模型调整的简化，经验性地求出了特定应用情形的负载模型。目标是，在测量技术上检测说明了在外部力Fext和成形刀具3的位置s2之间的相互关系的特性曲线。为此，成形刀具3以恒定不变的速度根据所述应用情形这样远地运动至工件4，直至达到了定义的极限力。这样求出的在力和路程之间的相互关系在图4中被示出并且对应具有与位置有关的弹簧刚度k(s2)的形式为Fext(s2)＝k(s2)×s2的非线性的弹簧。所述特性曲线分成两个区域。当成形刀具3自由运动时，不会出现显著的力上升。针对这个过程，假设Fext＝0N。从成形刀具3碰到工件4起才出现了值得注意的力上升。若探测到这种力上升Fext≈Fs＞Ftrigger，那么开始成形阶段。相关的滑块位置用strigger标注。
图5示出了用于力调节的调节回路的结构线路图，其中，力调节器设计用于成形阶段并且在该成形阶段中有效。
在一些挤压过程中可能出现，挤压力的曲线具有非常陡峭的上升。换句话说，挤压力在成形刀具3的仅微小的运动下就陡峭地上升。因此可能需要在短距离内就使成形刀具3停止不动，以便能达到挤压力的预先确定的值。但基于系统的惯性或者基于对电机2的传统的调节的惯性，可能出现的是，电机2的所属的转速调节器的动态不足以完成这种制动操作。
为了克服这个问题，使用力预控制和电机-转速预控制，以便进行惯性和负载补偿。这种经扩展的调节回路在图5中被示出。基于在相关的频率范围内的高刚性，针对预控制方案和电机-转速调节器设计假设，
其中，
代表电机2的电机角位置以及
代表螺杆传动机构6的螺杆9的螺杆角位置。首先将平移的总质量，也就是说mt＝m1+m2按照传动比ig与传动系的惯性矩相加成总惯性矩θ＝θm+θk+θsp+mtig 2，其中，θm代表电机2的惯性矩，θk代表离合器13的惯性矩以及θsp代表螺杆9的惯性矩。由此得出了经简化的方案模型
在F*＝Fext以及
下，电机转速预控制基于
用预控制部分
可以进一步地补偿压力机在加速阶段期间的惯性矩和惯性质量的影响。用于补偿外部力Fext的预控制部分是
若高刚性的假设不够合理，那么这种经简化的系统就无效并且预控制部分必须借助图3中的系统进行计算。
在图6中示出了针对调节系统
的替代模型。带有作为输入的电机力矩Mm以及作为输出的电机转速ωm的传递函数Gωm(s)形成了用于所属的转速调节回路
的输出反馈ωm，这个转速调节回路和带有电机力矩Mm作为输入以及传感器力Fs作为输出的传递函数GFS(s)共同描述了从作为输入的额定转速
到作为输出的传感器力Fs的整个调节系统
选择形式为
的三阶低通滤波器作为调节器。截至频率ωFG和增益kFP被这样调整，使得出现了针对闭合调节回路的稳定的特性。调节器参数可以借助环路整形方法调整。
图7示出了用于挤压工件4的另一个调节策略的示意性流程的流程图，其中，前两个方法步骤和在按图2的流程图中一样。
在方法步骤3中，电机2以最小的转速运行。最小的转速可以每个加工过程均不同并且基于当前的过程参数被预定。在极端情况下甚至可能需要最小的转速等于零或近似零。从降低的转速到最小的转速的制动在加工压力机1的强度值的框架内应尽可能地迅速或突发。在方法步骤3中，电机2被这样长时间地以最小转速运行，直至在传动系内基于突发的制动操作而出现的振荡消除。为此在询问C中询问预先计算好的用于衰减振荡的持续时间。
在一种备选方案中也可以规定，用于衰减振荡所需的持续时间无法基于模型计算出，而是在迭代方法中调整这个模型或者通过检测在电机2中的电机转矩与测量单元12中的所测得的转矩相比较来确定振荡的衰减。
紧接着在方法步骤4中如其在图4中的调节回路的结构线路图中或图5的调节系统中所示那样的力调节被激活。借助力调节这样来控制电机2，使得达到预先确定的挤压力。
在图8至14中示出了用于力调节的可能的调节回路的不同的结构线路图。为了避免不必要的重复，参考图5或之前的图。
在按图8的实施例中，不使用如在图5的情况中那样的传感器信号Fs作为用于力调节器RF的输入量，而是由干扰量观测器19提供一个估计的力
作为用于力调节器RF的输入量。此外设有力预控制VF、负载预控制Vext和惯性补偿Vω。
在按图9的实施例中，由干扰量观测器19估计的力
用作用于力调节器RF的输入量。此外设有力预控制VF和惯性补偿Vω。
在按图10的实施例中，由干扰量观测器19估计的力
用作用于力调节器RF的输入量。此外设有力预控制VF。
在按图11的实施例中，由干扰量观测器19估计的力
用作用于力调节器RF的输入量。此外设有力预控制VF和负载预控制Vext。
在按图12的实施例中，传感器信号Fs用作用于力调节器RF的输入量。此外设有力预控制VF、负载预控制Vext和惯性补偿Vω。
在按图13的实施例中，传感器信号Fs用作用于力调节器RF的输入量。此外设有力预控制VF和惯性补偿Vω。
在按图14的实施例中，传感器信号Fs用作用于力调节器RF的输入量。此外设有力预控制VF。
在按图15的实施例中，传感器信号Fs用作用于力调节器RF的输入量。此外设有力预控制VF和负载预控制Vext。
所述实施例示出了可能的实施变型方案，其中，在此要注意的是，本发明并不局限于本发明的特定示出的实施变型方案，而是更确切地说，各个实施变型方案彼此间的多种组合也是可能的，并且这些变型可能性基于通过本发明的技术实践的教导处在本领域技术人员的能力范围内。
说明书和附图用于解释权利要求。来自所示的以及所说明的不同的实施例的单个特征或特征组合可以是独立的有创造性的技术方案。由说明书可知基于独立的有创造性的技术方案的任务。
在具体的说明中对值域的所有的说明都被这样理解，即，这些说明包含了任意的或所有的子领域，例如说明1至10理解为，包括从下限1起和上限10在内的所有的子领域，也就是说，所有的子领域从下限1或大于1开始并且在上限10或小于10时结束，例如1至1.7或者3.2至8.1或者5.5至10。
为有序起见，最后要指出的是，为了更好地理解结构，元件一部分被不按比例地示出和/或放大和/或缩小地示出。
附图标记列表
1 加工压力机
2 电机
3 成形刀具
4 工件
5 调节装置
6 螺杆传动机构
7 传动机构
8 驱动轴
9 螺杆
10 传动机构输出端
11 传动机构输出轴
12 测量单元
13 离合器
14 支承部
15 螺母
16 滑块
17 导轨
18 挤压面
19 干扰量观测器
Claims (17)
1.一种用于借助成形刀具(3)用预先确定的挤压力挤压工件(4)的方法，该成形刀具通过传动机构与电机(2)联接，其中，传动机构将电机(2)的驱动轴(8)的旋转运动转化成成形刀具(3)的平移运动，以及其中，电机(2)由调节装置(5)操控，其特征在于，所述方法包括下列方法步骤：
-将电机(2)沿旋入方向加速到预定的最大转速，由此成形刀具(3)朝向工件(4)运动；
-以最大转速运行电机(2)直至电机(2)的驱动轴(8)已经完成预定数量的旋转或者成形刀具(3)已经到达预定的位置，其中，在该方法步骤期间，成形刀具(3)自由地朝向工件(4)运动，而不接触该工件；
-将电机(2)的转速降低到预先确定的降低的转速；
-以降低的转速运行电机(2)直至由接在电机(2)下游的测量单元(12)探测到了超过预先确定的阈值的挤压力上升，其中，当成形刀具(3)贴靠在有待成形的工件(4)上时，就出现挤压力上升；
-在借助测量单元(12)不断检测挤压力直至达到预先确定的挤压力的情况下使工件(4)成形，
其中，在探测到所述挤压力上升后，所述电机(2)被制动到预先确定的最小转速。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机(2)在预先确定的或能预先确定的持续时间内以最小转速运行，直至在传动系中由于从所述降低的转速到最小转速的制动过程而出现的振荡被最大程度地消除。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在成形所述工件(4)时，由所述调节装置(5)在所述测量单元(12)内测得的挤压力的基础上预定对所述电机(2)的操控。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述降低的转速在所述最大转速的0.1％和100％之间。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，直接在探测到挤压力上升后由所述调节装置(5)在挤压力的基础上预定对所述电机(2)的另一个操控，其中，在探测到挤压力上升后，所述电机(2)被制动到预先确定的最小转速并且在制动过程期间的起始阶段内使在所述测量单元(12)中检测到的挤压力被基于模型计算的挤压力叠化，以及在起始阶段之后将由所述测量单元(12)探测到的挤压力用作用于所述调节装置(5)的输入量。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，在模型计算中考虑各个安装在传动系中的构件的惯性和/或弹簧刚度和/或阻尼和角加速度或线性加速度。
7.按照权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述模型计算基于相应之前的循环而在迭代的学习过程中被调整，其中，在所述测量单元(12)中的挤压力的测量值的时间变化曲线以及在所述电机(2)中的驱动轴(8)的电机力矩的时间变化曲线和相关的转角的时间变化曲线被用来调整所述模型计算。
8.按照权利要求5或6所述的方法，其特征在于，使用干扰量观测器(19)来叠化模型计算和在所述测量单元(12)中探测到的挤压力。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，执行对在所述干扰量观测器(19)中估计的实际的力和在所述测量单元(12)中检测到的力的叠化。
10.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用压电传感器作为所述测量单元(12)，该压电传感器为了检测挤压力而布置在所述成形刀具的区域中。
11.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，直接在探测到挤压力上升后就由所述调节装置(5)在挤压力值的额定轨迹的基础上预定对所述电机(2)的所述另一个操控，其中，由挤压力值的额定轨迹在预控制中计算出转速变化曲线。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，在探测到挤压力上升之后的第一个阶段中，借助所述干扰量观测器(19)估计挤压力值，并且在探测到挤压力上升之后的第二个阶段中直接由所述测量单元(12)探测到挤压力并且将该挤压力用作用于所述调节装置(5)的输入量。
13.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在各个方法步骤的不同的转速之间的过渡被预定成，使得不出现加速度的突然的上升。
14.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述传动机构是螺杆传动机构(6)。
15.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述降低的转速在所述最大转速的0.5％和99％之间。
16.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述降低的转速在所述最大转速的50％和80％之间。
17.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述干扰量观测器(19)是卡尔曼滤波器。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5587633A (en) * | 1995-02-23 | 1996-12-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Press control method and press apparatus |
| CN1366486A (zh) * | 2000-04-27 | 2002-08-28 | 株式会社放电精密加工研究所 | 增压器和压力加工装置 |
| JP2008012588A (ja) * | 2006-07-10 | 2008-01-24 | Komatsu Sanki Kk | 加工機械及び加工機械の制御方法 |
| CN101844174A (zh) * | 2009-03-24 | 2010-09-29 | 株式会社安川电机 | 冲压机械装置 |
| CN105122637A (zh) * | 2013-04-18 | 2015-12-02 | 三菱电机株式会社 | 电动机控制装置 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0206984B1 (de) * | 1985-06-26 | 1991-02-20 | Reishauer Ag. | Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl einer Spindel einer Zahnradbearbeitungsmaschine |
| EP0741001B1 (de) * | 1995-05-04 | 2002-02-06 | Gietz AG | Präge-Druck- und Stanzmaschine |
| DE19545004A1 (de) * | 1995-12-02 | 1997-06-05 | Elektrische Automatisierungs U | Direkter geregelter elektrischer Spindelpressenantrieb |
| JPH11104899A (ja) * | 1997-10-06 | 1999-04-20 | Komatsu Aatec Kk | プレストランスファフィーダの振動抑制制御装置及びその制御方法 |
| ATE491172T1 (de) * | 2002-10-01 | 2010-12-15 | Abb Research Ltd | Prozessgrössenschätzung |
| JP4015139B2 (ja) * | 2004-06-28 | 2007-11-28 | ファナック株式会社 | 鍛圧機械のサーボモータ制御装置 |
| AT503644B1 (de) * | 2006-09-25 | 2007-12-15 | Trumpf Maschinen Austria Gmbh | Verfahren zum betrieb einer biegepresse, insbesondere abkantpresse |
| JP5476106B2 (ja) * | 2009-12-07 | 2014-04-23 | アイダエンジニアリング株式会社 | 電動サーボプレスの制御方法及び制御装置 |
| DK2932342T3 (da) * | 2012-12-12 | 2021-07-26 | S A Armstrong Ltd | Koordineret følerløst reguleringssystem |
| DE102015101586B4 (de) * | 2015-02-04 | 2019-02-21 | Fette Compacting Gmbh | Pulverpresse zur Herstellung von Presslingen aus pulverförmigem Pressmaterial |
| JP6031544B2 (ja) * | 2015-03-02 | 2016-11-24 | Thk株式会社 | 押付装置 |
| JP2016172315A (ja) * | 2015-03-16 | 2016-09-29 | Thk株式会社 | 押付装置 |
| KR102345398B1 (ko) * | 2017-05-17 | 2021-12-31 | 주식회사 만도 | 전자식 브레이크 시스템 및 그를 이용한 자가테스트 방법 |
| WO2019218097A1 (zh) * | 2018-05-14 | 2019-11-21 | Lu Shan | 汽车爆胎安全稳定控制系统 |
-
2016
- 2016-06-01 AT ATA50502/2016A patent/AT518684B1/de active
-
2017
- 2017-05-31 US US16/305,558 patent/US11161316B2/en active Active
- 2017-05-31 EP EP17739846.8A patent/EP3463840B1/de active Active
- 2017-05-31 WO PCT/AT2017/060143 patent/WO2017205888A1/de active Search and Examination
- 2017-05-31 CN CN201780032951.9A patent/CN109195782B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5587633A (en) * | 1995-02-23 | 1996-12-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Press control method and press apparatus |
| CN1366486A (zh) * | 2000-04-27 | 2002-08-28 | 株式会社放电精密加工研究所 | 增压器和压力加工装置 |
| JP2008012588A (ja) * | 2006-07-10 | 2008-01-24 | Komatsu Sanki Kk | 加工機械及び加工機械の制御方法 |
| CN101844174A (zh) * | 2009-03-24 | 2010-09-29 | 株式会社安川电机 | 冲压机械装置 |
| CN105122637A (zh) * | 2013-04-18 | 2015-12-02 | 三菱电机株式会社 | 电动机控制装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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