CN111002627B - 一种机械压力机滑块停上死点的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机械压力机滑块停上死点的控制方法，根据机械压力机的滑块运动特点，把滑块的运动划分为加速区、恒速区、减速区三个阶段进行研究，将滑块恒速区划分为多个角度区间，通过将系统外部的位置传感器和系统内部的时间计时器同时应用于滑块停上死点控制算法中，为每个角度区间建立滑块运行速度与运行时间的关系表，该发明方法能够保证滑块准确的停止在上死点范围内。同时位置传感器和系统内部计时器的冗余检测能够保证滑块的运动在每个检测区间内都是安全可控的，即使位置传感器在滑块运行过程中出现失效、打滑、断轴等故障，系统仍然能够通过时间计时器计时，及时地控制离合器断开，防止滑块二次连冲的危险发生，保证了机床和人员的安全。

Description

一种机械压力机滑块停上死点的控制方法

技术领域

本发明涉及一种机械压力机滑块停机控制方法，具体说是一种机械压力机滑块停上死点的控制方法。

背景技术

目前机械压力机普遍采用继电器和电磁阀的方式通过离合器和制动装置来控制滑块的运行和停止。控制滑块停机的方式主要有两种，一种方法是通过固定角度停机，滑块每次运行到事先设定好的角度时就断开离合器，保证滑块正常停机，这种方式的优点是控制简单，但是缺点是停机角度不能够实时变化，如果滑块运行速度变化或者刹车片性能发生变化，停机角度不能够同时变化，需要人工手动调整停机角度，实际使用时非常不方便。另一种方法是控制器通过位置传感器的反馈实时计算出滑块的运行速度和刹车距离，建立滑块的运行速度与刹车距离之间的关系表，每次停机时系统通过滑块速度查询制动关系表，控制离合器的断开实现滑块准确的停止在上死点。这种方式的优点是滑块的停机角度可以根据滑块速度和刹车距离的变化实时调整，控制上更加灵活，使用时更加简单方便。但是由于位置传感器是滑块位置的唯一检测装置，一旦位置传感器出现打滑或者位置传感器出现断轴等故障，控制器就无法准确计算出滑块位置和滑块速度，滑块也就不能正确停止在上死点，容易发生过冲的事故。

中国发明专利文献《机械压力机滑块停上死点位置的控制方法》(公告号CN1951682)，所公开的方法就是上述第二种方法。该方法采用位置传感器测量滑块位置和滑块速度，并计算在同一滑块速度下的刹车距离，建立滑块速度和刹车距离的关系表。滑块速度是滑块在一段区间内的平均速度，刹车距离是从离合器断开时刻开始，滑块在制动装置的摩擦制动作用下运行的距离。滑块速度和刹车距离关系表建立后，通过位置传感器计算滑块的运行速度查表得到刹车距离，从而得到滑块的提前停止位置，控制离合器的断开保证滑块准确停止在上死点范围内。该方法需要位置传感器全程有效，如果在滑块运行过程中位置传感器出现异常、打滑、断轴等故障，则滑块速度和位置信息均无法正确计算，从而不能够正确控制离合器断开，容易发生连冲的危险。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出一种机械压力机滑块停上死点的控制方法，本发明方法在分析了滑块运行特点的基础上，将滑块的运动按角度划分进行分区间研究，每个角度区间都建立滑块运行速度与运行时间的关系表，每个角度区间都有时间计时器进行计时，从而保证在任何一个检测区间内滑块的动作都是安全可控的。即使在滑块运行过程中，位置传感器出现异常、打滑、断轴等故障，或者机床出现“闷车”，系统都能通过时间计时器计时，及时控制离合器断开，保证机床和人员的安全。本发明方法将系统外部的位置传感器和系统内部的时间计时器同时应用于滑块停上死点控制过程中，实现了机床的全过程监测和安全准确停上死点。

本发明方法根据滑块的动作特点，将滑块的运行分为三个区：滑块加速区，滑块恒速区和滑块减速区。

滑块加速区是当滑块位于上死点区域,处于静止状态时，通过双手操作,离合器开始吸合，滑块跟随着传动机构动作，速度从零逐渐增大，直到达到额定转速的这个阶段。此阶段由于受到离合器摩擦片性能,气压波动等因素的影响，滑块加速过程的不确定性较大，而且一般离滑块下死点较远，不会发生过冲的危险，所以本发明方法在此阶段不需要进行精确地检测，仅通过一个启动时间的阈值来判断滑块是否加速正常。

滑块恒速区是滑块经过了滑块加速阶段后，离合器一直处于吸合的阶段，此时滑块在额定转速下运行。此时的恒速运动也是相对的，因为当滑块运行到下死点附近时，在滑块冲压工件过程中，一部分动能转换成工件的变形，此时滑块的速度会下降，滑块经过下死点后，速度逐渐恢复，直到到达额定转速。此阶段离合器一直处于吸合状态，滑块需要完成工件的加工以及停机判断，本发明方法重点研究此阶段的滑块动作，做到实时监测滑块的运行状态并安全的输出停机信号，根据滑块在恒速区阶段速度也不是全程恒速运动的特点，本发明方法将此阶段划分成多个检测区间进行分区段监测。

滑块减速区是在滑块恒速运动过程中，当离合器脱开后并一直处于断开状态，滑块在制动器的作用下将动能转换成摩擦的热能释放，滑块在摩擦力作用下减速直到完全停止为止。本发明方法在该阶段主要是研究滑块从开始停机到完全停止所运行的刹车距离以及刹车时间，用于建立滑块运行速度与停机时间之间关系的计算。

本发明机械压力机滑块停上死点的控制方法，其特征是：

将滑块动作的一个完整冲程分为滑块加速区、滑块恒速区和滑块减速区。

步骤1.在滑块加速区间，滑块速度从零加速到额定转速。在此阶段，设置一个启动时间T₀作为滑块在此阶段运动的时间阈值。

所述启动时间T₀的设置以机床的加工速度为依据进行设置，假设机床在允许的最小加工速度下完成滑块加速过程需要的运行时间为T_max，则T₀＝T_max±ΔT_启动阈值。改变ΔT_启动阈值则可以适当调整启动时间T₀的大小。

从离合器吸合开始，时间计时器开始计时，如果滑块超出启动时间T₀还未进入到滑块恒速阶段，系统则认为滑块动作异常，断开离合器，保证机床安全停机。

步骤2.将滑块恒速区阶段等分为区间为ΔA的N个检测区间R₁、R₂、R₃、R₄...R_N-1、R_N。

区间ΔA的大小设置适中，不易过大或过小，优选ΔA＝30°～60°，每个检测区间起始角度和结束角度分别是A₁、A₂、A₃、A₄...A_N-1、A_N、A_N+1,为了保证A₁处于滑块恒速区，优选A₁＞60°。

滑块在各个检测区间内的平均运行速度记为m,代表滑块在当前检测区间的平均速度值，滑块在各个检测区间内的运行时间记为T_n，其中n代表滑块所在检测区间的序号，n＝1，2.......，N。

建立各个检测区间的滑块平均运行速度和运行时间的关系表,如(T_N ^m，0)表示当滑块在R_N-1检测区间的平均运行速度为m时，滑块在R_N区间的运行时间为T_N ^m，(T_N ^m，0)中的0表示R_N检测区间不是停机区间，(T_stop ^m，1)中的1表示当前检测区间是停机区间：

从而得到当滑块在检测区间R_n-1以平均速度m进入到检测区间R_n时，滑块在检测区间R_n运行的参考运行时间T_n ^m。如果滑块在检测区间R_n的运行时间在参考运行时间[T_n ^m-ΔT_阈值1，T_n ^m+ΔT_阈值2]之间，就进入到下一个检测区间R_n+1，则认为滑块当前运行正常。ΔT_阈值1和ΔT_阈值2为用于滑块运行异常判断的阈值。

当滑块进入到检测区间R_n+1后，则以滑块在检测区间R_n内的速度l查表得到滑块在检测区间R_n+1的运行时间T_n+1 ^l,依次类推，直到滑块进入到最后一段停机区间停机为止。如果滑块在检测区间R_n的运行时间小于参考时间T_n ^m-ΔT_阈值1就进入到下一个检测区间R_n+1，或者滑块在检测区间R_n的运行时间超过参考时间T_n ^m+ΔT_阈值2，则认为滑块当前运行异常，立即输出滑块停机信号，断开离合器，保证机床安全停机。

当系统断开离合器时，判定滑块进入到滑块减速区阶段。时间计时器重新开始计时，直到滑块完全停止为止，滑块的停机时间记为T_stopping。

如果滑块在离合器断开的前一个检测区间R_N时的运行速度是m,则本次停机时间记为T_stopping ^m。通过增加一个停机阈值ΔT_停机阈值，将滑块的停机时间T_stoping作为机床停机状态的监控。当滑块在减速区的运行时间在[T_stopping ^m-ΔT_停机阈值，T_stopping ^m+ΔT_停机阈值]之间，则滑块停机正常，否则本次冲程滑块停机异常。

当机床以从未加工过的速度进行加工工件，没有经验数据可以参考时，系统以R₁、R₂、R₃、R₄...R_N-1、R_N的检测区间中的某一个过下死点后的一个检测区间R_n的开始角度A_n处进行停机，断开离合器,滑块在检测区间R_n-1的平均速度为m，然后计算滑块完全停机后距离上死点的角度偏差为A_deviation，在上死点左侧记为正值，在上死点右侧记为负数，则滑块在当前速度下的停机角度经过校正后的参考停机角度应该是A_stop＝A_n+A_deviation，如果A_stop处于检测区间R_n内，则在R_n内滑块的参考运行时间T_stop＝(A_stop-A_n)/m。在下一个冲程系统在滑块进入到检测区间R_n后的T_stop时刻发出停机信号，断开离合器。如果滑块在完全停止后处于上死点范围内，则T_stop值与滑块在R_n-1区间时的平均运行速度m相关联写入到停机表T_stop ^m中,＝当前检测区间为停机区间，则记为(T_stop ^m，1)。

本发明方法所具有的有益效果：

本发明方法在滑块正常运行时，通过位置传感器和系统内部时间计数器配合实现冗余检测，能够保证滑块准确停止在上死点。在滑块运行过程中，位置传感器出现失效、打滑或者断轴的故障时，仍然能够控制滑块安全停止，防止滑块二次连冲的危险发生。本发明方法可以控制滑块准确停上死点，也可以将本发明方法应用于传统的上死点停机算法中，即在发明专利《机械压力机滑块停上死点位置的控制方法》(公告号CN1951682)中介绍的方法，作为安全监测功能进行应用。实现上也非常简单，将T_stop ^m+ΔT_延时阈值作为新的停机参考时间，这样滑块在正常运行的情况下仍然采用传统算法，通过速度查找停机角度进行停机，不会触发时间停机的机制。如果出现位置传感器失效、断轴、打滑等故障，本发明方法的时间计时器的计时超时立即生效，安全断开离合器，保护机床和人员的安全。

本发明方法能够应用于不同的机械压力机传动机构，例如对于肘肝式机械压力机的慢下快回的特点依然能够分段监测和控制。

附图说明

图1是机械压力机滑块的三个运行区划分示意图。其中：I是滑块加速区，II是滑块恒速区，III滑块减速区。

图2是机械压力机滑块在三个运行区间的运动情况图。

图3是本发明方法运行框图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明方法作进一步详细说明。

首先，根据机械压力机滑块的动作特点，将滑块的运行分为三个区：滑块加速区I，滑块恒速区II和滑块减速区III，参见附图1。

在滑块加速区间，滑块速度从零加速到额定转速，此时滑块位置处于从上死点附近开始的一段区间，离下死点距离很远，还没有接触到工件，并且速度一直变化，滑块的平均速度在此阶段不能准确反映滑块的运行状态。本发明方法在此阶段，设置一个启动时间T₀作为滑块在此阶段运动的时间阈值，启动时间T₀的设置以机床的加工速度为依据进行设置，假设机床在允许的最小加工速度下完成滑块加速过程需要的运行时间为T_max，则T₀＝T_max±ΔT_启动阈值。改变ΔT_启动阈值则可以适当调整启动时间T₀的大小。从离合器吸合开始，时间计时器开始计时，如果滑块超出启动时间T₀还未进入到滑块恒速阶段，系统则认为滑块动作异常，断开离合器，保证机床安全停机。

本发明方法根据滑块的运动特点，同时为了控制滑块准确停止在上死点，重点研究滑块在恒速区内的运动情况，参见附图2。将滑块恒速区阶段等分为区间为ΔA的N个检测区间：R₁、R₂、R₃、R₄...R_N-1、R_N,区间ΔA的大小设置适中，不易过大或过小，优选30°～60°之间。每个检测区间起始角度和结束角度分别是A₁、A₂、A₃、A₄...A_N-1、A_N、A_N+1,为了保证A₁处于滑块恒速区，建议A₁＞60°。滑块在检测区间内的平均运行速度记为m(代表滑块在当前检测区间的平均速度值)，滑块在检测区间内的运行时间记为T_n(其中n代表滑块所在检测区间的序号)。那么滑块在每个检测区间的平均运行速度m和运行时间T_n是可以计算出来的,并且可以建立各个检测区间的滑块平均运行速度和运行时间的关系表,在建立关系表时并不是建立每个检测区间的平均速度和运行时间关系表，这是没有意义的。此处建立的关系表是这样建立的，将前一个检测区间滑块的运行速度和下一个检测区间的运行时间建立映射关系，即将检测区间R_n-1的平均速度m和检测区间R_n的T_n对应，并将检测区间R_n的运行时间记为T_n ^m，参见表1。通过这样建立对应关系后，就能得到当滑块在检测区间R_n-1以平均速度m进入到检测区间R_n时，滑块在检测区间R_n运行的参考运行时间T_n ^m。如果滑块在检测区间R_n的运行时间在参考运行时间[T_n ^m-ΔT_阈值1，T_n ^m+ΔT_阈值2]之间(ΔT_阈值1、ΔT_阈值2为用于滑块运行异常判断的阈值)，就进入到下一个检测区间R_n+1，则认为滑块当前运行正常。当滑块进入到检测区间R_n+1后，则以滑块在检测区间R_n内的平均速度l查表得到滑块在检测区间R_n+1的运行时间T_n+1 ^l,依次类推，直到滑块进入到最后一段停机区间停机为止。如果滑块在检测区间R的运行时间小于参考时间T_n ^m-ΔT_阈值1就进入到下一个检测区间R_n+1，或者滑块在检测区间R_n的运行时间超过参考时间T_n ^m+ΔT_阈值2，则认为滑块当前运行异常，立即输出滑块停机信号，断开离合器，保证机床安全停机，参见附图3。

本发明方法在当系统断开离合器时，判断为滑块进入到滑块减速区阶段。时间计时器重新开始计时，直到滑块完全停止为止，滑块的停机时间记为T_stopping。如果滑块在离合器断开的前一个检测区间R_n时的运行速度是m,则本次停机时间记为T_stopping ^m。通过增加一个停机阈值ΔT_停机阈值，那么滑块的停机时间T_stopping就可以作为机床停机状态的监控。当滑块在减速区的运行时间在[T_stopping ^m-ΔT_停机阈值，T_stopping ^m+ΔT_停机阈值]之间，则滑块停机正常，否则本次冲程滑块停机异常。

本发明方法是这样建立滑块恒速区阶段各个检测区间的滑块平均速度和滑块运行时间的关系表的：

当机床以从未加工过的速度进行加工工件，没有经验数据可以参考时，系统以R₁、R₂、R₃、R₄...R_N-1、R_N的检测区间中的某一个过下死点后的一个检测区间R_n的开始角度A_n处进行停机，断开离合器,滑块在检测区间R_n-1的平均速度为m，然后计算滑块完全停机后距离上死点的角度偏差为A_deviation(在上死点左侧记为正值，在上死点右侧记为负数)，则滑块在当前速度下的停机角度经过校正后的参考停机角度应该是A_stop＝A_n+A_deviation，如果A_stop处于检测区间R_n内，则在检测区间R_n内滑块的参考运行时间T_stop＝(A_stop-A_n)/m。那么在下一个冲程系统会在滑块进入到检测区间R_n后的T_stop时刻发出停机信号，断开离合器。如果滑块在完全停止后处于上死点范围内，则T_stop值与滑块在检测区间R_n-1时的平均运行速度m相关联写入到停机表T_stop ^m中,,当前检测区间为停机区间，则记为(T_stop ^m，1)。

本发明方法建立的在检测区间下滑块平均速度与滑块运行时间的关系表表1。

表1

上表中，R₁、R₂、R₃、R₄...R_N-1、R_N表示滑块在恒速区阶段划分的各个检测区间，m、n、l...v分别表示滑块在各个检测区间内的平均速度，单位为冲程/分钟,记为SPM。、、...、假设机床加工的速度区间为1SPM～100SPM。则m、n、l...v在速度区间[1,100]范围内取值，如果速度区间间隔ΔV设为5SPM，则m、n、l...v在速度区间[1,20]取值。表，，,。ΔV可以根据控制精度的要求或者系统可用的资源等进行设置。T表示在检测区间内的参考运行时间，单位毫秒，记为ms，T₁、T₂、T₃...T_N-1、T_N中的N表示所在检测区间的序号。当ΔV＝5SPM，m＝10，n＝3，T_n＝100ms，则表示当滑块在R₂区间时滑块的平均运行速度在46SPM～50SPM之间时，滑块在R₃区间的参考运行时间为100ms，记为(T_n ^m，0)＝(T₃ ¹⁰，0)＝(100，0)，其中0表示当前检测区间不是停机区间。

Claims (5)

1.机械压力机滑块停上死点的控制方法，其特征是：

将滑块动作的一个完整冲程分为滑块加速区、滑块恒速区和滑块减速区；

步骤1.在滑块加速区间，滑块速度从零加速到额定转速；在此阶段，设置一个启动时间T₀作为滑块在此阶段运动的时间阈值；

从离合器吸合开始，时间计时器开始计时，如果滑块超出启动时间T₀还未进入到滑块恒速区阶段，系统则认为滑块动作异常，断开离合器，保证机床安全停机；

步骤2.将滑块恒速区阶段等分为区间为ΔA的N个检测区间R₁、R₂、R₃、R₄...R_N-1、R_N；每个检测区间起始角度和结束角度分别是A₁、A₂、A₃、A₄...A_N-1、A_N、A_N+1；

滑块在各个检测区间内的平均运行速度记为m，代表滑块在当前检测区间的平均速度值，滑块在各个检测区间内的运行时间记为T_n，其中n代表滑块所在检测区间的序号，n＝1,2…….，N；

建立各个检测区间的滑块平均运行速度和运行时间的关系表：

从而得到当滑块在检测区间R_n-1以平均速度m进入到检测区间R_n时，滑块在检测区间R_n运行的参考运行时间T_n ^m；

如果滑块在检测区间R_n的运行时间在参考运行时间[T_n ^m-ΔT_阈值1，T_n ^m+ΔT_阈值2]之间，就进入到下一个检测区间R_n+1，则认为滑块当前运行正常；ΔT_阈值1和ΔT_阈值2为用于滑块运行异常判断的阈值；

当滑块进入到检测区间R_n+1后，则以滑块在检测区间R_n内的速度l查表得到滑块在检测区间R_n+1的运行时间T_n+1 ^l,依次类推，直到滑块进入到最后一段停机区间停机为止；

如果滑块在检测区间R_n的运行时间小于参考时间T_n ^m-ΔT_阈值1就进入到下一个检测区间R_n+1，或者滑块在检测区间R_n的运行时间超过参考时间T_n ^m+ΔT_阈值2，则认为滑块当前运行异常，立即输出滑块停机信号，断开离合器，保证机床安全停机；

步骤3.当系统断开离合器时，判定滑块进入到滑块减速区阶段；时间计时器重新开始计时，直到滑块完全停止为止，滑块的停机时间记为T_stopping；

如果滑块在离合器断开的前一个检测区间R_n时的运行速度是m,则本次停机时间记为T_stopping ^m。

2.根据权利要求1所述的机械压力机滑块停上死点的控制方法，其特征是：所述启动时间T₀，以机床的加工速度为依据进行设置，若机床在允许的最小加工速度下完成滑块加速过程需要的运行时间为T_max，则T₀＝T_max±ΔT_启动阈值。

3.根据权利要求1所述的机械压力机滑块停上死点的控制方法，其特征是：所述区间ΔA＝30°～60°，第一个检测区间起始角度A₁>60°。

4.根据权利要求1所述的机械压力机滑块停上死点的控制方法，其特征是：所述各个检测区间的滑块平均运行速度和运行时间的关系表的建立方法是：

当机床以从未加工过的速度进行加工工件，没有经验数据可以参考时，系统以R₁、R₂、R₃、R₄...R_N-1、R_N的检测区间中的某一个过下死点后的一个检测区间R_n的开始角度A_n处进行停机，断开离合器,滑块在检测区间R_n-1的平均速度为m，然后计算滑块完全停机后距离上死点的角度偏差为A_deviation，在上死点左侧记为正值，在上死点右侧记为负数，则滑块在当前速度下的停机角度经过校正后的参考停机角度是A_stop＝A_n+A_deviation，如果A_stop处于检测区间R_N内，则在R_N内滑块的参考运行时间T_stop＝(A_stop-A_N)/m；在下一个冲程系统在滑块进入到检测区间R_N后的T_stop时刻发出停机信号，断开离合器；如果滑块在完全停止后处于上死点范围内，则T_stop值与滑块在R_N-1区间时的平均运行速度V^m相关联写入到停机表T_stop ^m中,Stop_index＝N。

5.根据权利要求1所述的机械压力机滑块停上死点的控制方法，其特征是：所述步骤3中，通过增加一个停机阈值ΔT_停机阈值，将滑块的停机时间T_stopping作为机床停机状态的监控；当滑块在减速区的运行时间在[T_stopping ^m-ΔT_停机阈值,T_stopping ^m+ΔT_停机阈值]之间，则滑块停机正常，否则本次冲程滑块停机异常。

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