高速数控板材冲压过程中板材质量在线计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数控机床控制的技术领域，具体涉及一种高速数控板材冲压过程中板 材质量在线计算方法。
【背景技术】
[0002] 在高速数控板材冲压系统中，板材送料系统是整个冲床的重要组成部分，主要由 X、Y伺服电机、传动机构、导向导轨和送料台等组成，其用途是将夹在夹钳上的板件，在X、Y 轴方向上按照指令作快速移动并定位。
[0003] 现有板材送料系统属于半闭环控制，光电编码器实际检测的是电机的实际位置和 速度，而不是板材的实际位置。而在实际应用中，绝大部分的控制对象是工作台，认为只要 送料台到位了，板材就定位了。而实际上从送料台到板材之间还有传动装置，这之间也会因 为高速运动产生变形和振动，使得板材在冲裁点处会产生振动不稳，不但会导致加工件加 工精度的降低，还会折断下冲的模具冲头。因此，有必要对高速下板材运动时，在冲裁点处 的振动进行研究，为后续的板材的定位控制算法的设计提供有效依据。
[0004] 为了对高速下板材运动时的振动进行研究，需要通过测试不同质量的板材，在高 速运行至冲裁点（目标点）处停止时，对应的振动周期。由物理常识可知，当机械系统不变， 板材质量和尺寸不变时，对应的振动周期是不变的。要得到板材在冲裁点处的振动周期，必 须得到板材在冲裁点处的质量。而在冲压过程中，板材由于被不断的冲孔，板材的质量是下 降的，且由于下冲模具大小在变化，板材减少的质量无法在线估算;而冲床在工作工程中， 是不能停下来用仪器等设备进行测量的，因此，需要对冲压过程中板材的质量进行在线计 算，且不影响生产效率。
[0005] 上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各 个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更 好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有 技术。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种高速数控板材冲压过程中 板材质量在线计算方法，其可在不影响生产效率的前提下对冲压过程中板材的质量进行较 精确的在线计算。
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0008] 提供一种高速数控板材冲压过程中板材质量在线计算方法，其中板材由夹钳夹 持，夹钳固定在滚珠丝杠机构的螺母上，滚珠丝杠机构的螺杆由电机带动，在电机驱动螺杆 稳速运行时，通过采集电机的电磁转矩Τ，实时计算得到板材的质量。
[0009]在线计算方法具体如下：
[0010]在机械转动系统中，根据牛顿定律，有：
[0011] ⑴
[0012]其中，T为电机的电磁转矩，h为从螺母到夹钳折算到电机轴上的负载转矩，Tmg为 板材折算到电机轴上的负载转矩，J为系统转动惯量，ω为电机轴旋转机械角速度，为 clt 电机轴旋转机械角加速度；
[0013] 在丝杠传动系统中，根据牛顿定律，有：
[0014] Ta = FaXph/2Jik/ (2)
[0015] 其中，Ta为丝杠的驱动力矩，Fa*丝杠的轴向负载力，p h为丝杠的导程，V为丝杠的 正效率；
[0016] 丝杠的轴向负载包括螺母、夹钳和板材，板材下方设置有毛刷，设毛刷的阻尼系数 为μ，则有：
[0017] Fa = Fi+ymg (3)
[0018] 其中，Fi为螺母、夹钳折算到丝杠上的轴向负载力，m为板材的质量；
[0019] 丝杠的驱动力矩心可以等效为负载转矩，即：
[0020] Ta = Tl+Tmg (4)
[0021] 将式(3)、式(4)代入到式(2)，有：
[0022] Ti+Img=(Fi+ymg) Xph/^Jik' (5)
[0023] 将式（5)代入到式（1)，有：
[0024]
(6)
[0025]当电机拖动负载稳速运行时，有：
[0026]
.(.7)
[0027]将式(7)代入到式(6)，整理后得：
[0028]
(8)
[0029] 式(8)中，ph为丝杠导程，可查询丝杠参数得到;ν、μ为机械系统固定参数，通过测 试获得;Fi为螺母、夹钳折算到丝杠上的轴向负载力，当机械系统不变时，其为固定值不变， 可通过测试得到，即，通过获取电机电磁转矩T即可实时计算板材的质量m。
[0030] 其中，令：
[0031]
C9)
[0032] 将式(9)代入到式(8)，有：
[0033] m = kiT-k2 (10)
[0034] 测试参数匕、1?步骤如下：
[0035]①夹钳空载下，让电机在to时间内，以某一恒定速度no运行；
[0036]②获得步骤①中to时间段内的电机电磁转矩Tm0;
[0037]③让夹钳夹取已知质量为nu的板材，让电机以与步骤①中同样的恒定速度no,运行 to时间；
[0038]④获得步骤③中to时间段内的电机电磁转矩Tml;
[0039] 由上面步骤②，可得：
[0040] kiTm〇-k2 = 0 (11)
[0041 ]由上面步骤④，可得：
[0042] kiTmi-k2=mi (12)
[0043] 根据式(11)、式(12)，可得：
[0044]
(丨 ?
[0045] 根据上述参数ki、k2的值计算板材随机质量m，具体如下：
[0046] 将式(13)代入到式(10)，有：
[0047] :(1.4).
[0048]
[0049] (15).
[0050] 将式(15)代入到式(14)，有：
[0051] rn = km(T-Tm〇) (16)
[0052] 式（16)中，TmQ，Tml，T分别当电机运行速度都为某一恒定速度no时，对应的空载时的 电机转矩、负载为已知板材m下的电机转矩、负载为要求在线计算的板材m的的电机转矩； 即在板材冲压过程中，随着模具下冲打孔，板材质量会减少，板材随机质量m用式（16)来在 线计算。
[0053] 其中，所述电机电磁转矩T通过光电编码器反馈的数据计算得到，所述光电编码器 随电机一起旋转，通过输出脉冲的频率来检测电机的角位移和旋转速度。
[0054] 本发明通过获取电机电磁转矩T即可实时计算板材的质量，在冲压过程中，板材的 质量变化可实时计算获得，不需要将冲床停下来用仪器等设备进行测量，不影响生产效率。
【附图说明】
[0055] 利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限 制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得 其它的附图。
[0056]图1是高速数控板材冲压过程中板材质量在线计算方法中的电机-负载转动系统 示意图。
[0057]图2是测试参数lu、k2的流程图。
[0058] 图3是根据参数ki、k2计算板材随机质量m的流程图。
【具体实施方式】
[0059] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实 施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及 实施例中的特征可以相互组合。
[0060] 本发明高速数控板材冲压过程中板材质量在线计算方法，其中板材由夹钳夹持， 夹钳固定在滚珠丝杠机构的螺母上，滚珠丝杠机构的螺杆由电机带动。如图1所示，在电机-负载转动系统中，螺母到板材等效成一个负载!^，板材等效成另个负载T mg，电机的电磁转矩 为Τ，ω为电机轴旋转机械角速度。在电机驱动螺杆稳速运行时，通过采集电机的电磁转矩 Τ，实时计算得到板材的质量。所述电机电磁转矩Τ可通过光电编码器反馈的数据计算得到， 所述光电编码器随电机一起旋转，通过输出脉冲的频率来检测电机的角位移和旋转速度。
[0061] 在线计算方法具体如下：
[0062] 在机械转动系统中，根据牛顿定律，有：
[0063]
(1)