压机及操作其的方法与流程

本发明涉及一种用于成形工件的压机和用于操作该压机的方法。

背景技术：

已知用于成形工件的压机的各种实施例，例如具有用于深拉制工件的拉制设备。压机具有根据压机工艺值执行成型工艺的工作单元。工作单元通常具有一个或多个驱动器或致动器以执行成形。为了实现这，工作单元可以具有例如用于使压头与上部工具和/或拉制设备（例如具有下部工具的模具垫）一起移动的压机驱动器。用于成形工件的每个成形作业要求对压机的调节首先适用于当前成形作业。

用于压机的工作单元的压机工艺值例如是当工件成形时在上部工具和下部工具之间发生的力、上部工具和/或下部工具的为成形工件的速度和/或加速度、或与它们关联的变量。这些压机工艺值必须适于成形作业，以在所需公差内和以所需的表面光洁度产生成形工件。当今，这通过有经验的压机操作者来完成，操作者首先在调节模式下操作压机，并且重复地成形工件并检查成形的工件。根据检查的结果，根据操作者的经验来调节一个或多个压机工艺值以获得具有所需精度和期望质量的成形工件。在这样的调节模式下操作压机会涉及消耗大量的材料，其必须被处置为废物部分或再循环。此外，调节模式的调节需要非常有经验的人员并且可能是耗时的。因此，对新的成形作业的压机的调节需要大量的工作并且是成本密集的。

技术实现要素：

本发明的目的可以被认为是创建压机和用于操作该压机的工艺，其允许改进对压机工艺值的调节。

这通过具有权利要求1的特征的压机和具有权利要求14的特征的方法来实现。

该压机具有用于成形工件的上部工具和下部工具。压机的工作单元可由控制器控制并且被配置成基于压机工艺值执行工件的成形工艺。为了实现这，工作单元具有一个或多个驱动器或致动器，特别地相对于彼此移动上部工具和下部工具或将它们压在工件上。工作单元还可任选地包括传送装置，所述传送装置被配置成将工件传送到所述工具中和/或传送出所述工具。工作单元的精确实施例取决于压机的实施例。例如，工作单元可以具有拉制设备。在深拉制期间，用于成形工件的上部工具和/或下部工具可相对于压机的压机框架移动。

工件在其尚未成形的初始状态和/或其成形状态中通过至少一个工件参数来表征。例如，该至少一个工件参数可以描述工件的以下性质中的一个或多个：

-成形工件的测量，例如压痕或厚度或壁厚；

-工件所使用的材料；

-工件的质量特性，例如成形工件的表面部分的粗糙度；

-在成形工件的表面部分中存在或不存在波痕或折叠；

-在成形工件的表面部分中存在或不存在一个或多个裂纹。

通常，这样的工件参数与压机工艺值之间的关系是复杂的，并且在数学上描述它是不可能的或需要大量的努力。因此，本发明假设在控制器中定义的每个压机工艺值与在控制器中定义的每个工件参数之间的关系，并且通过组合矩阵的可单独改变的函数来描述每个关系。因此，给定数量n的压机工艺值和数量m的工件参数，这导致具有nxm个矩阵元素或可单独改变的函数的可单独改变的函数的组合矩阵。n和m都是大于零的自然数。

控制器被配置为基于组合矩阵以及因此所有可用的函数来确定压机工艺值，并且将它们输出到工作单元。

这在调节压机中实现了最大的灵活性。可单独改变的函数允许在相应工件参数与相应压机工艺值之间的已知的或确定的真实关系得到调节。函数还可以定义在相应压机工艺值和相应工件参数之间不存在关系。

因此，参与调节操作的压机操作者在预定义的压机工艺值和预定义的工件参数之间具有可用的多个可用关系。然而，并非组合矩阵的所有函数实际上也需要被调节或调整。优选地，仅一部分函数描述了操作者可指定的或可修改的在每个函数中关联的压机工艺值和工件参数之间的依赖性。例如，操作者接口可以仅显示这些描述依赖性的函数为可修改的。不言而喻，操作者还可以选择最初描述在相应相关联的压机工艺值和相应相关联的工件参数之间的独立性的其他函数为可修改的，和/或可以重置描述在相应相关联的压机工艺值与相应相关联的工件参数之间的依赖性的函数以定义独立性。

如果先验知识是可用的，则函数中的一些可以至少近似地描述在相应工件参数与相应压机工艺值之间的对应已知的依赖性或独立性。无论相应的工件参数和相应的压机工艺值之间是否存在关系，或这是什么关系，不被认识或者还未被认识的组合矩阵的所有函数都可以在初始状态中定义在相应压机工艺值和相应工件参数之间的独立性。

例如，可以将具有类似成形作业的压机和/或相同压机类型的压机和/或具有相当环境条件的压机的调节作为先验知识传送给控制器。先验知识的使用可简化并缩短调节操作。

优选地，在初始状态中，每个可单独改变的函数定义在相应压机工艺值和相应工件参数之间的独立性。只要不知道压机工艺值和工件参数之间的关系，所有功能都处于对应的初始状态。在初始状态中，函数输出对于所讨论的工件参数的所有值来说的压机工艺参数的相同值，并且因此可以表示恒定函数。因此，在其初始状态中，函数可以是斜率为零的线。如果函数描述了工件参数和压机工艺值之间的确定的或已知的关系，并且如果函数不处于初始状态，则函数的至少部分可以具有不等于零的斜率，并且可以例如通过直线、多个直线段或另一形状的曲线来形成。在一个示例实施例中，所有函数可以由单个一条直线和/或多条直线段形成或近似。

优选地，每个函数根据相应工件参数的给定百分比变化来描述相应压机工艺值中的百分比变化--特别是恒定百分比变化。这使得容易地在不建立复杂的数学模型的情况下预先定义关系。函数的不同曲线形状或斜率在个体函数之间产生加权。例如，工件参数可以取决于多个工艺值。对于每个依赖性，定义其形状或斜率可以不同的函数。这产生不同压机工艺值对相同工件参数的影响的加权。

在一个示例实施例中，控制器被配置为接收输入数据。输入数据可以表征压机工艺值中的至少一个与工件参数中的至少一个之间的真实关系。所述控制器被配置为使所述至少一个相关联的功能中的每一个适应于该真实关系。输入数据可以例如由操作者通过操作者接口输入。还可以通过通信链路从外部数据源接收输入数据。例如，压机可以通过通信链路与网络通信并且通过其接收输入数据，特别是操作数据和其他压机的调节数据，并且基于该输入数据更新或优化其自己的调节。

压机具有检测装置是有利的。检测装置配置成产生检测信号且将其转发到控制器。检测信号描述控制器中限定的工件参数中的至少一个或者多个。如果该至少一个工件参数在组合矩阵中具有指定相关联压机工艺值的相关性的函数，则控制器可以在例如工件参数在生产过程期间越来越接近公差极限的情况下自动适应压机工艺值。

在一个示例实施例中，检测装置可具有传感器，尤其是光学传感器，以产生检测信号。光学传感器可以是例如扫描仪或相机。由扫描仪拾取的成形工件的扫描仪数据和/或由相机拾取的成形工件的图片被转发到控制器，以便在控制器中从所讨论的检测信号（扫描仪数据或图片）确定一个或多个工件参数。优选地，检测装置配置成：在上部工具和下部工具在成形过程之后被移除或已经彼此移除之后，只要工件位于下部工具与上部工具之间的区域中，就拾取检测信号。检测信号也可在工件例如通过压机的传送装置正被移动的同时被拾取。优选地，成形工件仅在那之后被排出并转移出压机。

如已经提到的，工作单元可以具有拉制设备。拉制设备可以被配置为允许调节拉制力的值和/或行为。拉制力的每个值和/或行为可以由一个或多个压机工艺值限定。

拉制设备还可以被构造成允许在上部工具和下部工具上的不同位置处调节不同的拉制值。例如，上部工具和下部工具可相对于彼此或抵靠工件通过在不同位置处具有不同的拉制力或不同的拉制力行为来压制。这些取决于位置的拉制力值或拉制力行为可以由一个或多个压机工艺值表征。

在一个示例实施例中，工作单元还可具有润滑设备。润滑设备构造成在成形之前将指定量的润滑剂施加到工件上。例如，可以喷涂润滑剂。

工作单元可具有驱动设备，所述驱动设备配置成使上部工具及下部工具相对于彼此移动。驱动设备可以具有例如用于移动其上布置有上部工具的压头的压机驱动器。驱动设备还可具有用于移动下部工具（例如，模具垫）的设备。驱动设备可以形成例如工作单元的拉制设备。根据压机类型，下部工具可以在压头的行程方向上在压力台上静止地布置。取决于压机类型，下部工具或上部工具在工件成形期间可以是静止的。

在一个示例实施例中，驱动设备可构造成调节上部工具或下部工具的位置和/或位置的时间导数。所讨论的位置和/或其时间导数可各自表征为一个或多个压机工艺值。位置的时间导数可以是速度、加速度或加速度的变化（急动度）。

工件参数可以是例如成形工件的尺寸。工件参数可以描述例如压痕，压痕是成形工件上的未成形的平坦边缘的边缘宽度。成形工件上的其它尺寸或测量也可用作工件参数，例如成形工件在一个或多个位置处的厚度。

其它可能的工件参数是描述工件的材料和/或涂层的性质。材料或涂层可以改变工件和工具之间的摩擦，这对成形具有影响，并且可以形成比例如其他材料所需的在深拉制期间必须的更高或更低的保持力。

工件参数中的至少一个还可以描述成形工件的质量。质量可以例如通过指示成形工件的表面区段是否具有波痕和/或折叠和/或至少一个裂纹的工件参数来描述。该信息可以使得在使工件成形期间特别是在深拉制期间，可以得出关于保持力是否太高或太低的结论。

在上述压机的操作期间，存在的所有功能总是用于根据限定的工件参数确定限定的压机工艺值，并将它们输出到压机的工作单元。如果某些压机工艺值与某些工件参数没有关系或者这些关系还未被认识到，则定义相关联的函数，使得其使得相关联的压机工艺值保持不变，而不考虑相应的工件参数。因此，压机被配置成能够考虑压机工艺值和工件参数之间的每个可能的关系，这取决于当前的成形作业，并且在执行成形时使用它。

附图说明

压机和工艺的有利实施例遵循从属权利要求、说明书和附图。下面使用附图详细解释压机和用于操作压机的方法的优选示例实施例。附图如下：

图1是压机的示例实施例的原理的类似框图的示意图；

图2是存储在来自图1的压机的控制器中的函数矩阵；

图3是在初始状态下来自图2中的函数矩阵的函数；

图4是图2的函数矩阵中的函数，其指示工件参数与压机工艺值之间的已知关系；

图5是用于确定函数矩阵的所讨论函数的各个压机工艺值和工件参数之间的关系的示例的表示；以及

图6是示出在工件参数和压机工艺值之间使用已知函数来调节工件参数的流程图。

具体实施方式

图1示出了用于成形工件11的压机10的示例实施例。压机具有压头12，其可在行程方向上线性地移动并且可移动地安装，由布置在压机10的压机框架13上的导向装置引导。压头12在其上布置有上部工具14，上部工具14在工件11的成形期间与下部工具15协作。下部工具15可以例如布置在支撑在压机框架13上的压机台16上。

为了相对于下部工具15移动上部工具14，压机10具有驱动设备17。在示例实施例中，驱动设备17由压机驱动器18形成，其与压头12运动连接并且被配置为在冲程方向上移动压头12。压机驱动器18可以是例如偏心驱动器和/或转换（toggle）驱动器和/或具有一个或多个电动机（优选为伺服电动机）的关节式驱动器的形式。

在这里示出的示例实施例中，压机10还具有拉制设备20。拉制设备20具有坯料保持设备21，其具有坯料保持环22，在坯料保持环22的顶部上可将待成形的工件11放置在下部工具15上方。坯料保持环22通过压力止推螺栓23支撑在悬挂板24上。悬置板24在压头12的冲程方向上布置在一个或多个提升缸25上。提升缸25可在行程方向上移动具有悬置板24、止推螺栓23和坯料保持环22的坯料保持装置21，特别是在工件11的深拉制期间调节拉制力f或拉制力行为。拉制力是在深拉制期间工件11被夹持在坯料保持环22和上部工具14的坯料保持表面26之间的力。

拉制设备20可以是液压或电液压拉制设备的形式。为了调节拉制力f或拉制力行为，根据该示例的拉制设备20具有液压单元27，液压单元27可将液压介质供应到提升缸25的工作腔中或将其从提升缸25的工作腔移除。

止推螺栓23的数量和提升缸25的数量可以变化。增加提升缸25或止推螺栓23的数量可调节待被成形的工件11或工具14、15上的不同位置处的不同拉制力。

所示的示例实施例的一种可能的修改是用于待设置在下部工具15上或压机座16上的固定坯料保持表面和用于调节将被布置在压头12上的拉制力的坯料保持环或独立于压头12可移动的单独坯料保持压头。

在图1所示的示例实施例中，具有上部工具14的压头12在深压制期间借助于压机驱动器18在朝向下部工具15的方向上移动。这样的一种可能修改是，为了深拉制，下部工具15借助于拉制驱动器在朝向上部工具14的方向上移动。

图1还非常示意性地示出了润滑设备30，其可以将润滑剂施加到待成形的工件11的表面。润滑工件11的表面改变坯料保持表面26和工件11的表面之间的滑动摩擦特性。这影响在深拉制期间工件11在坯料保持环22和坯料保持表面26之间的保持和夹持。

压机10的可在工件11的成形或运输过程中使用的所有驱动器和/或致动器以及压机10的可影响工件11的工件参数或成形结果的设备和装置形成压机10的工作单元32，该工作单元32可由控制器31控制。根据该示例，工作单元32包括压机驱动器18、拉制设备20和润滑装置30。根据压机10的实施例，压机10的可由控制器31控制的其它设备可在这里被添加或丢弃。例如，压机10的工作单元32可具有添加到其上的传送设备，该传送设备被设置成用于待被成形的工件11的工件传送和/或用于成形工件的工件传送。在最简单的情况下，工作单元32可由压机驱动器18形成。

为了协调或控制工作单元32的各种驱动器或可控制设备，控制器31输出压机工艺值a1到an。压机工艺值a1到an限定压机循环的事件的序列，并且可以限定例如以下属性中的一个或多个：

-压头12在行程方向上的位置；

-压头12在行程方向上的运动速率；

-压头12在行程方向上的加速度；

-在工件11的成形期间的拉制力f或时间相关或行进相关的拉制力行为；

-在工件11上的不同位置处的不同的拉制力和/或不同的拉制力行为；

-施加到待成形的工件11的表面上的润滑剂的量；

-用于供应待处理的工件11和/或用于将成形工件11传送离开的传送设备的位置和/或速度和/或加速度。

通过控制器31可调节的压机工艺值a1到an取决于压机10的具体实施例，并且可以变化。为此，上述清单仅包括示例，但不受限于它们。

工件11的成形结果可以通过这些压机工艺值a1到an而改变，以实现用于成形工件11的各尺寸和质量的指定公差。工件11本身由工件参数p1至pm限定。工件参数p1至pm表征成形工件11，并且它们中的至少一些也可表征还未成形的工件11。以下参数中的一个或多个可用作工件参数p1至pm：

-待成形的工件11的材料和/或涂层；

-待成形的工件11的至少一个尺寸，例如待成形的片金属件的厚度、待成形的片金属件的长度和/或宽度和/或直径；

-成形工件11的至少一个尺寸，例如，压痕e，其描述成形工件11上的平坦边缘的宽度或成形工件11的材料在一个或多个位置处的厚度；

-在成形工件11的表面区段中存在或不存在波痕或折叠；

-在成形工件11的表面区段中存在或不存在至少一个裂纹；

-成形工件11的表面区段的表面的粗糙度。

上述工件参数p1至pm的清单包括示例，但不受限于它们。

在控制器31的存储器33中限定与用于调节压机10有关并且可用于控制工作单元32和输出的所有可改变的压机工艺值a1至an。多个工件参数p1至pm，尤其是所有相关的那些工件参数也被限定在存储器33中。存储在存储器33中的压机工艺值a1至an和工件参数p1至pm的数量和值都是可改变的。

所有压机工艺值a1至an通过组合矩阵34与每个限定的工件参数p1至pm链接（图2）。该组合矩阵34中的每个矩阵元素或每个节点由可单独改变的函数f11至fnm形成。通过该组合矩阵34，可以通过调节可单独改变的函数f11至fnm中的每一个来定义在每个定义的工件参数p1至pm和每个压机工艺值a1至an之间的关系。该组合矩阵34存储在控制器31的存储器33中，导致许多可能的调节以使压机10适应成形作业。因此，压机10对于不同的成形作业而言是非常柔性地可调节的。

在初始状态fij0中，可单独改变的函数fij定义相关联的工件参数pj与相关联的压机工艺值ai之间的独立性，如在图3中示意性地示出的。在其初始状态fij0中，函数fij独立于相关联的工件参数pj的量而输出用于压机工艺值ai的恒定值ai0。

只要在相关联的工件参数pj和相关联的压机工艺值ai之间没有关系是已知的，并且只要操作者不另外调节它，那么每个单独可调整函数fij就处于该初始状态fij0。这里，每个i、j是大于零的自然数。

图4示出单独可调整函数fij的曲线的示例，对于该曲线，存在压机工艺值ai和工件参数pj之间的依赖性。优选地，工件参数pj与压机工艺值ai之间的关系是线性的，或者其至少节段是线性的，如图4中的实线所示。然而，也可以调节其它非线性函数曲线，如在图4中由虚线示意性地示出的。为了改变函数fij，可以例如指定多个已知点并通过内插和/或外推确定其它值。

图6再次（这次以框图的形式）示出图4中所示的样本线性关系。假设参考点pr/ar的坐标和函数fij的斜率df是已知的。基于该信息，可以通过改变所讨论的压机工艺值ai来根据需要调节工件参数pj。

至少一个或多个可单独改变的函数fij从其相应的初始状态被改变，以指定所讨论的工件参数pj与控制器31中的相关联的压机工艺值ai之间的依赖性。为了实现这一点，例如可以通过通信链路41将输入数据d从外部数据源40传送到控制器31。输入数据d可以定义工件参数p1至pm中的一个或多个与压机工艺值a1至an中的一个或多个之间的已知关系。这样的输入数据d可以来自已经操作的压机10，例如，其执行相同或类似的成形作业和/或在类似的操作条件下操作和/或具有相同的压机类型。例如，通信链路41还允许在压机10的操作期间获得的知识和基于该知识对函数f11至fnm的调节被外部传送并且使其可用于其他压机。

如图1所示，压机10还具有操作者接口42，操作者可通过操作者接口42修改单个函数fij，对于该函数，在压机工艺值ai和工件参数pj之间已知依赖性。当讨论的函数fij至少具有其斜率不等于零（图4）的部分时，存在这种依赖性。为了实现某些工件参数pj，操作者可以指定所讨论的pj的期望值，使得压机根据组合矩阵34自动地调节相关联的压机工艺值a1至an。

控制器31还可以通过操作者接口42向用户输出信息。

还如图1所示，压机10具有多个传感器43以确定一个或多个压机工艺值ai并将它们传送到控制器31，从而允许对所讨论的压机工艺值ai进行闭环控制。例如，该至少一个传感器43可以检测压机驱动器18的马达的旋转速度和/或扭矩和/或压头12在行程方向h上的当前位置和/或描述拉制力f的传感器值，例如在提升缸25中的液压压力。传感器43的数量和它们中的每一个检测到的物理变量可以根据压机10的实施例而变化。

在所示的优选示例性实施例中，压机10还具有检测设备48，其可以检测检测信号b并将其传送到控制器31。在所示的示例实施例中，检测设备48具有至少一个或优选多个光学传感器，且根据该示例，具有相机49。由相机49提供的检测信号是成形工件11的表面部分的图片b。根据该示例，只要成形工件11仍位于下部工具15和上部工具14之间的区域中并且尚未从工具移除，则拍摄图片b。图片b也可在成形工件11正被移动的同时例如在其由压机的传送设备传送期间进行。基于检测信号b，并且根据该示例，相机49的图片，可以确定控制器31中的成形工件11的一个或多个工件参数p1至pm。例如，可以基于图片检查在成形工件11的区域中是否已经形成裂纹、折叠或起伏，或者在表面中是否存在刻痕。此外，可以基于图像处理过程来确定成形工件11上的一个或多个测量，例如压痕e（图5）。

图5示出了根据该示例的工件参数（根据该示例压痕e）的示例和其对多个压机工艺值的依赖性：

-拉制力f；

-取决于压头位置的拉制力进展z；

-拉制力横向调平q，其描述在横向于冲程方向的平面中在工具14、15上的不同位置处的拉制力f的变化；

-润滑设备30施加到工件表面的润滑剂量l。

操作者可以改变例如这些压机工艺值中的一个，这又将压痕e从第一压痕值e1改变到第二压痕值e2。可以手动地或根据该示例使用具有至少一个相机49的检测设备48来自动地检测该改变。根据该变化，然后可以确定改变的压机工艺值和压痕e之间的依赖性。这可以针对所有压机工艺值单独进行，以便基于相应的函数来确定压力工艺值在压痕e上的相应依赖性和相应影响，如果该关系尚不知道的话。

相反地，如果通过函数已经知道依赖性，则操作者可以通过调节压痕e所依赖的压机工艺值中的一个或多个来通过操作者接口42e指定期望的压痕e。

如果工件参数逐渐改变并且接近公差极限，则也可以自动地调节一个或多个压机工艺值。例如，如果温度变化或磨损影响工件11的成形，则这可能发生。

控制器31使用函数f11至fnm中的每个确定压机工艺值a1至an。具有效果的唯一函数fij是至少具有斜率不等于零的节段的函数fij，并且因此如果在相关联的工件参数pj中做出对应的改变，则产生所讨论的压机工艺值ai的改变。相关联的压机工艺值ai和相关联的工件参数pj之间的关系未知或已知不存在关系的那些函数fij，不改变相关联的压机工艺值ai，即使关联的工件参数pj改变，使得所讨论的函数fij呈现其初始状态fij0（图3）。

通过该组合矩阵34，压机10可灵活地调节到不同的成形作业。由于诸如磨损、温度等的外部影响而引起的变化可以通过简单地调节函数fij中的一个或多个来补偿。如果先验知识可用于各个工件参数与各个压机工艺值的关系，则该先验知识可在压机10投入操作之前存储在控制器31的存储器33中，这极大地简化了压机10对成形作业的调节。基于组合矩阵34，这种简单的调整是可能的。操作者可以简单且快速地通过操作者接口42执行所需的依赖于应用依赖的和/或环境依赖的调整。根据先验知识的可用性，用于压机10的调节的调节阶段可以得到实质上缩短，这特别地降低了材料的消耗和相关的成本。

本发明涉及一种压机10及其操作方法。压机10具有用于成形工件11的上部工具14和下部工具15。压机10的工作单元32（其包括例如压机驱动器18和/或拉制设备20）可由控制器31控制，以执行成形过程。控制器31向工作单元32输出压机工艺值a1至an，其限定成形过程的事件序列。工件参数p1至pm表征例如工件11的材料和/或形状和/或至少一个尺寸和/或质量，其仍然必须被成形或已经成形。控制器31被分配组合矩阵34，对于每个定义的工件参数p1至pm以及对于每个限定的压机工艺值a1至an，组合矩阵34包括能够描述限定的工件参数p1至pm中的每一个与限定的压机工艺值a1至an中的每一个之间的关系的可单独改变的函数f11至fnm。该组合矩阵34允许迅速且快速地调节和调整压机10。

参考标记列表：

10压机

11工件

12压头

13压机框架

14上部工具

15下部工具

16压机座

17驱动设备

18压机驱动器

20压制设备

21坯料保持设备

22坯料保持环

23止推螺栓

24悬挂板

25提升缸

26坯料保持表面

27液压单元

30润滑设备

31控制器

32工作单元

33存储器

34组合矩阵

40外部数据源

41通信链路

42操作者接口

43传感器

48检测设备

49相机

a1-an压机工艺值

b检测信号

d输入数据

df斜率

e压痕

e1第一压痕值

e2第二压痕值

f11-fnm可单独改变的函数

f拉制力

l润滑剂量

p1=pm工件参数

q拉制力横向调平

z拉制力进展