高速數控板材沖壓過程中板材質量在線計算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于數控機床控制的技術領域，具體涉及一種高速數控板材沖壓過程中板 材質量在線計算方法。
【背景技術】
[0002] 在高速數控板材沖壓系統(tǒng)中，板材送料系統(tǒng)是整個沖床的重要組成部分，主要由 X、Y伺服電機、傳動機構、導向導軌和送料臺等組成，其用途是將夾在夾鉗上的板件，在X、Y 軸方向上按照指令作快速移動并定位。
[0003] 現(xiàn)有板材送料系統(tǒng)屬于半閉環(huán)控制，光電編碼器實際檢測的是電機的實際位置和 速度，而不是板材的實際位置。而在實際應用中，絕大部分的控制對象是工作臺，認為只要 送料臺到位了，板材就定位了。而實際上從送料臺到板材之間還有傳動裝置，這之間也會因 為高速運動產生變形和振動，使得板材在沖裁點處會產生振動不穩(wěn)，不但會導致加工件加 工精度的降低，還會折斷下沖的模具沖頭。因此，有必要對高速下板材運動時，在沖裁點處 的振動進行研究，為后續(xù)的板材的定位控制算法的設計提供有效依據。
[0004] 為了對高速下板材運動時的振動進行研究，需要通過測試不同質量的板材，在高 速運行至沖裁點（目標點）處停止時，對應的振動周期。由物理常識可知，當機械系統(tǒng)不變， 板材質量和尺寸不變時，對應的振動周期是不變的。要得到板材在沖裁點處的振動周期，必 須得到板材在沖裁點處的質量。而在沖壓過程中，板材由于被不斷的沖孔，板材的質量是下 降的，且由于下沖模具大小在變化，板材減少的質量無法在線估算;而沖床在工作工程中， 是不能停下來用儀器等設備進行測量的，因此，需要對沖壓過程中板材的質量進行在線計 算，且不影響生產效率。
[0005] 上述論述內容目的在于向讀者介紹可能與下面將被描述和/或主張的本發(fā)明的各 個方面相關的技術的各個方面，相信該論述內容有助于為讀者提供背景信息，以有利于更 好地理解本發(fā)明的各個方面，因此，應了解是以這個角度來閱讀這些論述，而不是承認現(xiàn)有 技術。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術中的不足而提供一種高速數控板材沖壓過程中 板材質量在線計算方法，其可在不影響生產效率的前提下對沖壓過程中板材的質量進行較 精確的在線計算。
[0007] 本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0008] 提供一種高速數控板材沖壓過程中板材質量在線計算方法，其中板材由夾鉗夾 持，夾鉗固定在滾珠絲杠機構的螺母上，滾珠絲杠機構的螺桿由電機帶動，在電機驅動螺桿 穩(wěn)速運行時，通過采集電機的電磁轉矩Τ，實時計算得到板材的質量。
[0009]在線計算方法具體如下：
[0010]在機械轉動系統(tǒng)中，根據牛頓定律，有：
[0011] ⑴
[0012]其中，T為電機的電磁轉矩，h為從螺母到夾鉗折算到電機軸上的負載轉矩，Tmg為 板材折算到電機軸上的負載轉矩，J為系統(tǒng)轉動慣量，ω為電機軸旋轉機械角速度，為 clt 電機軸旋轉機械角加速度；
[0013] 在絲杠傳動系統(tǒng)中，根據牛頓定律，有：
[0014] Ta = FaXph/2Jik/ (2)
[0015] 其中，Ta為絲杠的驅動力矩，F(xiàn)a*絲杠的軸向負載力，p h為絲杠的導程，V為絲杠的 正效率；
[0016] 絲杠的軸向負載包括螺母、夾鉗和板材，板材下方設置有毛刷，設毛刷的阻尼系數 為μ，則有：
[0017] Fa = Fi+ymg (3)
[0018] 其中，F(xiàn)i為螺母、夾鉗折算到絲杠上的軸向負載力，m為板材的質量；
[0019] 絲杠的驅動力矩心可以等效為負載轉矩，即：
[0020] Ta = Tl+Tmg (4)
[0021] 將式(3)、式(4)代入到式(2)，有：
[0022] Ti+Img=(Fi+ymg) Xph/^Jik' (5)
[0023] 將式（5)代入到式（1)，有：
[0024]
(6)
[0025]當電機拖動負載穩(wěn)速運行時，有：
[0026]
.(.7)
[0027]將式(7)代入到式(6)，整理后得：
[0028]
(8)
[0029] 式(8)中，ph為絲杠導程，可查詢絲杠參數得到;ν、μ為機械系統(tǒng)固定參數，通過測 試獲得;Fi為螺母、夾鉗折算到絲杠上的軸向負載力，當機械系統(tǒng)不變時，其為固定值不變， 可通過測試得到，即，通過獲取電機電磁轉矩T即可實時計算板材的質量m。
[0030] 其中，令：
[0031]
C9)
[0032] 將式(9)代入到式(8)，有：
[0033] m = kiT-k2 (10)
[0034] 測試參數匕、1?步驟如下：
[0035]①夾鉗空載下，讓電機在to時間內，以某一恒定速度no運行；
[0036]②獲得步驟①中to時間段內的電機電磁轉矩Tm0;
[0037]③讓夾鉗夾取已知質量為nu的板材，讓電機以與步驟①中同樣的恒定速度no,運行 to時間；
[0038]④獲得步驟③中to時間段內的電機電磁轉矩Tml;
[0039] 由上面步驟②，可得：
[0040] kiTm〇-k2 = 0 (11)
[0041 ]由上面步驟④，可得：
[0042] kiTmi-k2=mi (12)
[0043] 根據式(11)、式(12)，可得：
[0044]
(丨 ?
[0045] 根據上述參數ki、k2的值計算板材隨機質量m，具體如下：
[0046] 將式(13)代入到式(10)，有：
[0047] :(1.4).
[0048]
[0049] (15).
[0050] 將式(15)代入到式(14)，有：
[0051] rn = km(T-Tm〇) (16)
[0052] 式（16)中，TmQ，Tml，T分別當電機運行速度都為某一恒定速度no時，對應的空載時的 電機轉矩、負載為已知板材m下的電機轉矩、負載為要求在線計算的板材m的的電機轉矩； 即在板材沖壓過程中，隨著模具下沖打孔，板材質量會減少，板材隨機質量m用式（16)來在 線計算。
[0053] 其中，所述電機電磁轉矩T通過光電編碼器反饋的數據計算得到，所述光電編碼器 隨電機一起旋轉，通過輸出脈沖的頻率來檢測電機的角位移和旋轉速度。
[0054] 本發(fā)明通過獲取電機電磁轉矩T即可實時計算板材的質量，在沖壓過程中，板材的 質量變化可實時計算獲得，不需要將沖床停下來用儀器等設備進行測量，不影響生產效率。
【附圖說明】
[0055] 利用附圖對本發(fā)明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發(fā)明的任何限 制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得 其它的附圖。
[0056]圖1是高速數控板材沖壓過程中板材質量在線計算方法中的電機-負載轉動系統(tǒng) 示意圖。
[0057]圖2是測試參數lu、k2的流程圖。
[0058] 圖3是根據參數ki、k2計算板材隨機質量m的流程圖。
【具體實施方式】
[0059] 為了使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖和具體實 施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及 實施例中的特征可以相互組合。
[0060] 本發(fā)明高速數控板材沖壓過程中板材質量在線計算方法，其中板材由夾鉗夾持， 夾鉗固定在滾珠絲杠機構的螺母上，滾珠絲杠機構的螺桿由電機帶動。如圖1所示，在電機-負載轉動系統(tǒng)中，螺母到板材等效成一個負載!^，板材等效成另個負載T mg，電機的電磁轉矩 為Τ，ω為電機軸旋轉機械角速度。在電機驅動螺桿穩(wěn)速運行時，通過采集電機的電磁轉矩 Τ，實時計算得到板材的質量。所述電機電磁轉矩Τ可通過光電編碼器反饋的數據計算得到， 所述光電編碼器隨電機一起旋轉，通過輸出脈沖的頻率來檢測電機的角位移和旋轉速度。
[0061] 在線計算方法具體如下：
[0062] 在機械轉動系統(tǒng)中，根據牛頓定律，有：
[0063]
(1)