[0064] 其中，Τ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，#为电 dt 机轴旋转机械角加速度；
[0065] 在丝杠传动系统中，根据牛顿定律，有：
[0066] Ta = FaXph/2Jik/ (2)
[0067] 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；
[0068] 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：
[0069] Fa = Fi+ymg (3)
[0070] 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；
[0071]丝杠的驱动力矩Ta可以等效为负载转矩，即：
[0072] Ta = Tl+Tmg (4)
[0073] 将式(3)、式(4)代入到式(2)，有：
[0074] Ti+Img=(Fi+ymg) Xph/^Jik' (5)
[0075] 将式(5)代入到式（1)，有：
[0076]
(6；
[0077]当电机拖动负载稳速运行时，有：
[0078]
(.7)
[0079]将式(7)代入到式(6)，整理后得：
[0080]
(8)
[0081]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。
[0082] 具体的，令：
[0083]
(9)
[0084] 将式(9)代入到式(8)，有：
[0085] m = kiT-k2 (10)
[0086] 如图2所示，测试参数lu、1?步骤如下：
[0087]①夹钳空载下，让电机在to时间内，以某一恒定速度no运行；
[0088] ②通过光电编码器反馈回来的数据，获得步骤①中to时间段内的电机电磁转矩 TmO；
[0089] ③让夹钳夹取已知质量为m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；
[0090] ④通过光电编码器反馈回来的数据，获得步骤③中to时间段内的电机电磁转矩 Tml ；
[0091] 由上面步骤②，可得：
[0092] kiTm〇-k2 = 0 (11)
[0093] 由上面步骤④，可得：
[0094] kiTmi-k2=mi (12)
[0095] 根据式(11)、式(12)，可得：
[0096]
(.1.3:)
[0097]即可计算出匕、1?的数值。
[0098]如图3所示，根据上述参数ki、k2的值计算板材随机质量m，具体如下：
[0099]将式（13)代入到式（10)，有：
[0100] (1.4)
[0101]
[0102] (15)
[0103] 将式(15)代入到式(14)，有：
[0104] rn = km(T-Tm〇) (16)
[0105] 式（15)、（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mi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。
[0106] 上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以 采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0107] 总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人 员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包 括在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 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，其特征在于，在电机驱动 螺杆稳速运行时，通过采集电机的电磁转矩T，实时计算得到板材的质量。2. 根据权利要求1所述的高速数控板材冲压过程中板材质量在线计算方法，其特征在 于，具体如下： 在机械转动系统中，根据牛顿定律，有：其中，T为电机的电磁转矩，Ti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，^ :为电机 at 轴旋转机械角加速度； 在丝杠传动系统中，根据牛顿定律，有： Ta = FaXph/23lk/ (2) 其中，Ta为丝杠的驱动力矩，Fa*丝杠的轴向负载力，ph为丝杠的导程，V为丝杠的正效 率； 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： Fa=Fi+ymg (3) 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； 丝杠的驱动力矩1可以等效为负载转矩，即： Ta = Tl+Tmg (4) 将式(3)、式(4)代入到式(2)，有： Ti+Tmg= (Fi+ymg) Xph/23ik/ (5) 将式(5)代入到式(1)，有：当电机拖动负载稳速运行时，有：将式(7)代入到式(6)，整理后得：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。3. 根据权利要求2所述的高速数控板材冲压过程中板材质量在线计算方法，其特征在 于，令：将式(9)代入到式(8)，有： m=kiT_k2 (10) 测试参数ki、k2步骤如下： ① 夹钳空载下，让电机在to时间内，以某一恒定速度no运行； ② 获得步骤①中to时间段内的电机电磁转矩Tm0; ③ 让夹钳夹取已知质量为mi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； ④ 获得步骤③中时间段内的电机电磁转矩Tml; 由上面步骤②，可得： klTm〇-k2 = 0 (11) 由上面步骤④，可得： kiTmi-k2=mi (12) 根据式(11)、式(12)，可得：根据上述参数匕、1?的值计算板材随机质量m，具体如下： 将式(13)代入到式(10)，有： 令：将式(15)代入到式(14)，有： rn=km(T-Tm〇) (16) 式（15)、（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mi下的电机转矩、负载为要求在线计算的板材m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。4.根据权利要求1或2或3所述的高速数控板材冲压过程中板材质量在线计算方法，其 特征在于，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。
【专利摘要】本发明公开了一种高速数控板材冲压过程中板材质量在线计算方法。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T，实时计算得到板材的质量。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。
【IPC分类】B21D28/26, B21C51/00
【公开号】CN105458038
【申请号】CN201510956113
【发明人】张慧, 杨其宇, 李明, 王钦若
【申请人】广东工业大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月17日