CN1814372A - 模垫控制设备 - Google Patents

Abstract

模垫控制设备使用伺服电动机在位置控制与压力控制之间切换时实现模垫控制，减少位置控制期间在冲压轴和模垫轴之间由于碰撞产生的冲击。模垫元件由伺服电动机Md控制。转换开关连在“a”侧，通过数控器的命令控制伺服电动机Md的位置(速度)，并且控制模垫元件的位置。在位置控制期间，伺服电动机Md的输出转矩由转矩极限装置进行限制。在位置控制期间，即使由于误设置或误操作等冲压轴击打模垫元件，伺服电动机Md只输出一个受限的转矩或更小的转矩，这样就减轻了冲击力量，这防止对模垫元件和冲压轴的损害。在冲压操作期间，当位置检测器检测到冲压轴向下移动到达预定位置时，转换开关接到“b”侧，实现压力控制。

Description

模垫控制设备

技术领域

本发明涉及一种模垫控制设备，用于在冲压机中进行模垫控制。

背景技术

在冲压机中，当随着一套模具沿冲压轴相对运动而在该套模具之间冲压金属薄板时，进行模垫控制以防止金属薄板被施以突发压力，以及减缓施加给金属薄板的压力的变化。

传统上，冲压机的模垫控制设备进行水压或气压控制。由驱动设备的冲压轴所移动提供的上层模具向下运动，击打金属薄板，随后，该模垫控制设备实现压力控制。然而，在使用水压或气压的模垫控制的开情况下，控制信号的提供和响应之间有时延。由于这个原因，当压力开始时，金属薄板没有接收到由撞击所形成的压力涌(surge pressure)，很难用这种方法进行控制。

为了解决这个问题，提出了一种模垫设备(见JP 10-202327A)，其具有用于提高或降低模垫元件的伺服电动机，，以及在模垫元件冲击的位置控制和用该伺服电动机当前转矩控制的压力控制之间切换时使用。

正如JP10-202327A中描述的发明，在模垫设备通过伺服电动机驱动模垫元件，并且在压力控制和模垫元件击打的位置控制之间进行切换的情况下，当在模垫元件和冲压轴驱动设备所驱动的上层模具之间冲压金属薄板时进行压力控制；在其它的时间段内，进行位置控制。进行位置控制以驱动控制伺服电动机，使得跟随命令的位置。当对模垫单元施加很大的力时，伺服电动机产生巨大的转矩用来维持命令的位置并且采取动作维持该位置。金属薄板

由于这个原因，正如在冲压机或类似物调整中，模具变化期间或者位置控制期间，如果冲压轴驱动设备所驱动的上层模具击打模垫元件，或者如果冲压轴由模垫元件和固定在冲压轴上的上层模具之间冲压的外界物质驱动以向模垫元件等施加很大的力，就会产生巨大的冲击力，这会对模垫元件和一些情况下的模具产生巨大的损害。

作为模垫控制设备，还有另一种熟知的设备，其中，在上层模具和模垫元件接触之前，在远离上层模具的方向上，模垫元件以比冲压轴驱动设备所驱动的上层模具的运动速度要慢的速度开始运动，控制模垫元件，使得在以不同的相对运动速度运动期间击打上层模具，从而能够减少在碰撞或类似情况下所产生的击打噪音。

在由模垫控制设备进行这样的控制的情况下，如果由于其它原因例如误设置和误操作该冲压击打模垫，并且当该控制没有切换到压力控制时进行位置控制，则模垫要求的位置和模垫的实际位置相互偏离。然后伺服电动机产生巨大的转矩，以维持所要求的位置，这会导致一个问题，即产生机械损害，例如对模垫元件的损害。

发明内容

本发明提供的模垫控制设备用于冲压机，该冲压机在沿冲压轴相对运动的一套模具之间冲压金属薄板，同时控制施加在金属薄板上的压力。所述模垫控制设备包括：模垫元件，用于通过该套模具的相对运动缓冲施加在金属薄板的压力；伺服电动机，用于在冲压轴方向移动该模垫元件；以及控制器，用于通过选择进行该模垫元件的位置控制或压力控制来控制该伺服电动机，并且具有转矩极限装置，该转矩极限装置用于在该模垫元件的位置控制期间在伺服电动机上施加转矩极限。

所述转矩极限装置可以将将转矩极限用于对所述伺服电动机的转矩命令以在该套模具冲压金属薄板的方向移动模垫元件，而不将该转矩极限用于对所述伺服电动机的转矩命令以在该套模具冲压金属薄板的相反方向移动模垫元件。

此外，所述转矩极限装置可以将第一转矩极限用于对所述伺服电动机的转矩命令以在该套模具冲压金属薄板的方向移动模垫元件，以及将不同于第一转矩极限的第二转矩极限用于对所述伺服电动机的转矩命令以在该套模具冲压金属薄板的相反方向移动模垫元件。

当模垫元件们在位置控制下时，将转矩极限提供给用于驱动模垫元件的伺服电动机，伺服电动机不输出预定值或更高的转矩。

因此，即使由于故障或误操作导致上层模具击打模垫元件，模垫元件也不会产生大于或等于转矩极限值的阻力(drag)。这就防止了对固定在冲压轴上的模具以及模垫元件等的损害。

附图说明

图1是应用本发明的第一实施例的模垫控制设备的冲压机的示意图；

图2是第一实施例中模垫控制设备的方块图；

图3是用于解释在第一实施例的位置控制状态下模垫元件和上层模具之间的撞击的图示；

图4是应用了本发明的第二实施例的模垫控制设备的冲压机的示意图；和

图5是用于解释在第二种实施例中从位置控制到压力控制的切换。

具体实施方式

图1是应用本发明的第一实施例的模垫控制设备的冲压机的示意图。一套模具的下层模具2固定在冲压机的底部，上层模具1由冲压轴驱动设备(未在图中示出)驱动，使得面对下层模具2。冲压轴驱动设备可以由一个曲柄机构、或者水压或气压机构、或者使用伺服电动机的位置控制机构构成，从而根据预先定义的模式驱动上层模具1并且在图中上下方向移动。

多个模垫元件6设置在下层模具2一侧。模垫元件6的配置使其由相应的伺服电动机Md在图中垂直方向驱动。在图1所示的例子中，提供了两对模垫元件6和模垫伺服电动机Md。然而，也可以提供多对，即3或4对。可选地，该多个模垫元件6可彼此整体地结合，由一个模垫伺服电动机Md驱动。模垫伺服电动机Md由模垫控制器5来控制驱动。

提供一位置检测器7，用于检测上层模具1的位置，即冲压轴的位置。位置检测器7的输出被输入到模垫控制器5。尽管图1中所图示的实施例显示了一个直线性位置检测器7的例子，也可用一个固定在用于驱动冲压轴的发动机柄、旋转柄等上的旋转位置检测器来进行检测。

待压金属薄板(工件)3放在模垫元件6之上，设置于下层模具2上。

图2是第一种实施例中模垫控制器5的方框图。

模垫控制器5包括数控单元10，该数控单元10包括数控器等和伺服控制单元11。伺服控制单元11包括错误计数器12和构成位置控制部分的位置环增益项Kp13、速度控制部分14、转矩极限器15、转换开关16、电流控制部分17，并且通过处理器进行软件伺服控制。和用于控制传统的伺服电动机的通常伺服控制器的配置相比，不同之处在于提供了转矩极限器15和转换开关16。在速度控制部分14输出的转矩命令(电流命令)超过设定的转矩极限值(在正方向或在负方向)的情况下，转矩极限器15会将转矩命令限制到该设定转矩极限值(上限或下限)并且向电流控制部分17输出转矩命令。转矩极限器的转矩极限值可以由来自数控单元10的命令设定，也可设定为预先定义好的固定值。

转换开关16放置在转矩极限器15和电流控制部分17之间。通过转换开关16，选择电流控制部分17的输入是否是通过执行位置和速度控制得到的转矩命令并且遵从数控单元10输出的转矩极限或者压力命令(电流命令)。电流控制部分17的输出通过一个放大器18输入到模垫伺服电动机Md，就能够有力控制伺服电动机Md。位置和速度从提供给伺服电动机Md的位置/速度检测器19反馈回来，从而执行位置和速度的反馈控制。

转换开关16通常被切换到“a”侧，模垫元件6和模垫伺服电动机Md位于位置和速度控制之下，处于速度控制部分14的输出通过转矩极限器15输入到电流控制部分17的状态。当将金属薄板(工件)3放在模垫元件6上预定位置的运动命令从数控单元10输出到伺服控制器11时，错误计数器12将这一运动命令加入并减去来自于位置/速度检测器19的位置反馈量，从而获得位置偏移量。错误计数器12接着用位置环增益Kp乘以位置偏移量以得到速度命令并减去该速度命令以及从位置/速度检测器19处得来的速度反馈量以获得速度偏移量。在速度控制部分14中，通过执行速度环控制例如关于速度偏移的PI控制，来获取转矩命令(电流命令)。

如果转矩命令(电流命令)没有超过设定的转矩极限值(在+方向或在-方向)，则转矩极限器15就直接输出来自速度控制部分14的转矩命令。然而，如果转矩命令超过设定的转矩极限值，则转矩极限器15输出设定的转矩极限值。简要的解释就是，在图1中向上(向上层模具侧移动的方向)移动模垫元件6的转矩方向为+，而向下移动模垫元件6的转矩方向为-。

从转矩极限器15输出的转矩命令通过被切换到“a”侧的转换开关16发布给电流控制部分17。可以获得转矩命令和来自放大器18中放置的电流检测器的电流反馈信号之间的偏移。基于这一电流偏移，进行电流环路控制，模垫伺服电动机Md通过放大器18得到有力控制。随后，执行位置控制以维持模垫元件6在要求的预定位置上。模垫元件6通常都保持在该备用位置。

一旦金属薄板(工件)3被放置于保持在预定位置的模垫元件6上，并且发布一冲压命令，上层模具1就被降低。位置检测器7检测上层模具1的位置并且将其输出到模垫控制器5的数控单元10。当模垫控制器5的数控单元10通过来自位置检测7的信号检测到在冲压轴下降的状态上层模具1到达预设位置(上层模具1接触到金属薄板3的位置)时，数控单元10就将转换开关16切换到“b”侧并且通过转换开关16向电流控制部分17输出压力命令(电流命令)。电流控制部分17基于压力命令和电流反馈之间的偏移执行电流环路控制，从而实现压力控制。

换句话说，在上层模具1被冲压轴驱动降低并且接触到金属薄板(工件)3后，金属薄板(工件)3和模垫元件6被冲压，这一冲压力作为负载加在模垫伺服电动机Md上。如上所述，在上层模具1开始冲压金属薄板(工件)3后，给电流控制部分17的命令被切换到数控单元10所输出的压力命令，这样模垫伺服电动机Md受到压力反馈控制使得输出转矩和命令压力相对应。模垫元件6和上层模具1一起下降，同时保持命令压力，金属薄板(工件)3被挤压在上层模具1和下层模具2之间，从而进行压力加工。

此后，冲压轴开始向上移动。当数控单元10从来自位置检测器7的信号检测出冲压轴上升以到达预设的预定位置时，错误计数器12首次清空。即，在压力控制期间，模垫伺服电动机Md随着模垫元件6一起移动，其移动量保持在错误计数器12中。因此，删除错误计数器12的位置偏移量的命令被输出，从而清除错误计数器的内容，并使错误计数器与当前位置相对应。随后，输出将转换开关16切换到“a”侧的命令。此外，数控单元10输出一移动命令到放置金属薄板(工件)3的预定的上升位置。

通过这样做，由于转换开关16被切换到“a”侧，所以根据所述移动命令实现位置控制。具体地，执行位置环路控制(12和23)和速度环路控制(14)，通过转矩极限器15向电流环路控制输出转矩命令。然后实施电流环路控制以通过放大器18驱动模垫伺服电动机Md。模垫元件6被移动到预定位置并保持在那个位置。

此后，重复上述操作，使得金属薄板(工件)3在进行模垫控制时进行冲压加工。

模垫控制器5通常通过进行位置控制将模垫元件6维持在预定位置。在上层模具1向下移动而到达预定位置以挤压金属薄板到加工完成时的点时，切换到压力控制，然后上层模具1开始向上移动，到达预定位置。在冲压机处于备用状态、准备阶段、模具更换状态、调整期间等时进行位置控制。由于这个原因，在向压力控制的切换没有进行的位置控制状态，如果冲压轴在转换位置调整期间根据金属薄板厚度偶然驱动到压力控制，或者金属薄板有一个不明确的(unscripted)厚度或者挤压外来物体在模垫元件6和上层模具1之间的状态，上层模具1和模垫元件6都会受到巨大的力。

然而，在该实施例中，提供有转矩极限器15以处理这种情况。图3显示了由于某些原因操作冲压轴使上层模具1下降时的冲压轴位置(上层模具1的位置)、和在位置控制中驱动模垫元件6的伺服电动机Md的输出转矩的关系。

模垫元件6维持在预定位置。上层模具1下移，模垫元件6被冲压下降。为了将模垫元件6维持在所要求的预定位置，伺服电动机Md增加输出转矩。具体来说，由于模垫元件6的下降，对伺服电动机的命令位置和实际位置之间有偏移。结果，错误计数器12中积累的位置偏移就增加了。这就增加了一个速度命令，也增加了一个转矩命令以便使模垫元件6返回到命令位置。然而，如图3所示，大于或等于转矩极限器15所设定的转矩极限值的转矩命令不会被输出到伺服电动机Md，这样伺服电动机Md只输出等于或小于转矩极限值的转矩。因此，即使冲压轴下移并且上层模具1冲压模垫元件6，伺服电动机Md也不输出等于或大于转矩极限值的转矩。因此，模垫元件6随着上层模具1下降，并且大于或等于预定值的力(与转矩极限器所设定的转矩极限值对应)并不会作用于模垫元件和上层模具1上。因此，就不会产生诸如使模垫元件6和上层模具1破裂之类的损害。

图4是应用了本发明第二实施例的模垫控制设备的冲压机的示意图。第二实施例的配置实际上和第一实施例相同。然而，模垫元件6的备用(standby)位置突出于下层模具2的上表面之上，这样当金属薄板3被放置在模垫元件6上时，金属薄板3和下层模具2之间形成空隙。当开始冲压时，在模垫元件6经由金属薄板3接触上层模具1之前，模垫元件6开始向远离方向(下降方向)移动。在这一运动期间，上层模具1和金属薄板3接触，从而减少接触时产生的击打噪音。

第二实施例中模垫控制器5的配置和图2中所示的一致。与第一实施例的不同之处在于对伺服电动机Md的控制，所述伺服电动机Md在冲压轴下降移动下层模具2，开始冲压时，驱动模垫元件6。

图5是解释冲压轴(上层模具)的运动、模垫元件6的运动(伺服电动机Md的操作)、以及伺服电动机Md的输出转矩之间的关系的图示。

数控单元10将转换开关16连接到“a”侧，输出移动命令给模垫元件6，以移向放置金属薄板3的备用位置。就如所描述的那样，数控单元10实现位置、速度和电流环路控制，并驱动伺服电动机Md预定量将模垫元件6定位在突出在下层模具2上表面之上的备用位置，从而保持该位置。一旦金属薄板3被放在模垫元件6上，并且冲压轴被驱动以降低上层模具1，冲压轴(上层模具1)的位置就由位置检测器7检测。当检测出冲压轴到达预设位置时，数控单元10以预设速度输出向下运动命令的预定量。基于这一运动命令，实现位置、速度和电流环路控制。驱动伺服电动机Md，模垫元件6开始向下移动。如图5所示，当伺服电动机Md的输出转矩到达目标速度时，就会停止加速，从而减少了输出转矩，其中所述目标速度首先在向下方向(-方向)产生巨大转矩，以加速模垫。

模垫元件6的下降速度被设为比冲压轴(上层模具1)的速度低的速度，使得所述上层模具1和金属薄板3接触，以向下冲压模垫元件6。尽管伺服电动机Md工作以维持命令的速度和位置，但是由于冲压轴(上层模具1)的下降速度比命令伺服电动机Md的速度和位置高，所以伺服电动机Md以比目标速度更高的速度旋转，这使得错误计数器12中所积累的位置偏移量增加。位置偏移是由有关所述命令的位置的随后的时延引起的，且其是在向上移动模垫元件6的方向上产生的。结果，上升速度命令也增加了，向上驱动模垫元件6的转矩命令被扩展。但是，在该实施例中，由于提供了转矩极限器15，所以利用转矩极限器15将转矩命令限定到最大不超过设定的转矩极限。由于这个原因，就像图5中所示，伺服电动机Md的输出转矩被维持在转矩极限值，并且不超过转矩极限值。

当位置检测器7检测出冲压轴(上层模具1)还向下移动，且到达预设的下降位置时，数控单元10将转换开关16切换到“b”侧并且通过转换开关16向电流控制部分17输出压力命令(电流命令)。电流控制部分17基于压力命令和电流反馈之间的差异实施电流环路控制，并且进行压力控制。之后，执行与在第一实施例中所述的一样的处理操作。模垫伺服电动机Md受到压力的反馈控制从而输出转矩与命令压力相对应，在进行压力控制时加工金属薄板3。当根据来自位置检测器7的信号检测出冲压轴(上层模具1)开始向上移动并到达预设的预定位置时，错误计数器12首先清空，输出将转换开关16切换到“a”侧的命令。此外，数控单元10输出一运动命令到放置金属薄板(工件)3的预定的上升位置。

由于转换开关16被切换到“a”侧，所以进行位置环路控制(12和23)和速度环路控制(14)，转矩命令通过转矩极限器15输出给电流环路控制。随后，进行电流环路控制以通过伺服放大器18驱动模垫伺服电动机Md。然后，模垫元件6被驱动到备用位置并保持在那个位置。

还有，在第二实施例中，当冲压轴下降，压力控制没有象在冲压机备用状态那样被执行时，将转换开关16连到“a”侧并且执行位置和速度控制以控制模垫元件6的位置。在位置控制期间，伺服电动机Md的输出转矩一直受转矩极限器15限制。因此，即使冲压轴和模垫元件6由于某些原因象第一实施例中那样互相击打，也不会产生很大力的撞击。

在第二实施例中，位置控制在上层模具1通过金属薄板3和模垫元件6接触之后继续进行，然后被切换到压力控制。结果，如果冲压轴的速度由于某些原因例如错误设置和误操作而偏高，且上层模具1以不明确(unscripted)的高速度击打模垫元件6，则可能产生巨大撞击力。然而，甚至在转换开关16切换到“b”侧之前的位置控制的时间段中，由于伺服电动机的输出转矩受转矩极限器15限制，所以不会产生大于或等于极限值的转矩，且模垫元件6和上层模具1一起向下移动。因此，模垫元件6、上层模具1等不会产生大的撞击力，从而保护上层模具1和模垫元件6。

在上述每个实施例中，转矩极限器15中的转矩命令的转矩极限值可以设为关于+或-相同或不同的值。此外，主要目的是防止固定到冲压轴上的上层模具1击打模垫元件6等并被损坏。因此，可以只在利用模垫元件6挤压金属薄板的方向(图1和4中向上的方向)在转矩命令上施加限制(转矩极限)。

在上述的每个实施例中，关于从位置控制切换到压力控制和从压力控制切换到位置控制的时序，根据用于检测冲压轴位置的位置检测器所检测出的位置进行切换。然而，切换也可由另一个方法进行，例如使用极限开关，当模垫伺服电动机Md的输出转矩(电流命令)或者位置偏移超过固定值并且持续预定时间段时进行定时的开关，以及当驱动冲压轴的发动机的输出转矩(电流命令)超过预定值时进行定时的开关。

Claims (3)

1.模垫控制设备，用于冲压机，该冲压机在沿冲压轴相对运动的一套模具之间冲压金属薄板，同时该模垫控制设备控制施加在金属薄板上的压力，包括：

模垫元件，用于通过该套模具的相对运动缓冲施加在金属薄板的压力；

伺服电动机，用于在冲压轴方向移动该模垫元件；以及

控制器，用于通过选择进行该模垫元件的位置控制或压力控制来控制该伺服电动机，并且具有转矩极限装置，该转矩极限装置用于在该模垫元件的位置控制期间在伺服电动机上施加转矩极限。

2.根据权利要求1的模垫控制设备，其特征在于，所述转矩极限装置将转矩极限用于对所述伺服电动机的转矩命令以在该套模具冲压金属薄板的方向移动模垫元件，对在该套模具冲压金属薄板的相反方向上移动模垫元件的所述伺服电动机的转矩命令不应用该转矩极限。

3.根据权利要求1的模垫控制设备，其特征在于，所述转矩极限将第一转矩极限用于对所述伺服电动机的转矩命令以在该套模具冲压金属薄板的方向移动模垫元件，以及将不同于第一转矩极限的值的第二转矩极限用于对所述伺服电动机的转矩命令以在该套模具冲压金属薄板的相反方向移动模垫元件。